note technique WASH 2 - filtre à bougie - RCA - missions

Note technique WASH n° 2
République Centrafricaine – Base de Paoua
Filtres à eau à domicile pour les populations déplacées
A:
Julien Adi – coordinateur WASH RCA,
Vincent Taillandier – référent technique WASH Paris,
Cédric Pérus – CDM RCA
Mickaël Duret – RdB Paoua
De :
Joachim Peeters – PM WASH Paoua RCA
Date du document : 28/01/09 – VERSION INTERNE ACF
Documents complémentaires disponibles : - Etude de faisabilité filtre à sable (coordo-WASH)
- Document de formation filtre à bougie (PM WASH)
- Organisation et planning de la distribution (PM WASH)
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Brefs rappels du projet de filtration à domicile
En réponse à une attaque rebelle, du groupe de l’Armée Populaire pour la Restauration de la
Démocratie (APRD) dans les sous-préfectures de Markounda et Paoua dans le nord-ouest de la
République Centrafricaine, les forces gouvernementales se sont livrées en janvier 2006 à une contreoffensive très violente, à l’égard de l’APRD mais également de la population civile. Terrorisée et
victime de nombreuses violations des droits humains, la population civile a quitté les villages pour
se déplacer en brousse et s’installer dans des campements précaires et très éparses.
Dans le cadre de son programme d’amélioration de l’accès à l’eau et des pratiques d’hygiènes dans
la sous-préfecture de Paoua, financé majoritairement par le bailleur ECHO mais aussi par le fond
ERF des UN, ACF met en œuvre plusieurs volets de travail. Outre la construction de puits et la
réhabilitation de forages, ACF prévoit l’installation de 2200 filtres à domicile, afin d’améliorer la
qualité de l’eau bue par les déplacés.
Cette note technique a pour objet de rappeler la problématique d’accès à l’eau pour les déplacés, et
d’évaluer la pertinence d’une mise en place de systèmes de filtration familiaux à domicile au regard
de l’évolution du contexte humanitaire actuel. Cette note présente également deux solutions
techniques envisageables, le filtre à sable et le filtre à bougies, et présente une analyse comparative
des deux procédés.
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Problématique d’accès à l’eau – projet de filtre à domicile
Suite aux évènements de janvier 2006, la population de la sous-préfecture de Paoua s’est déplacée
en brousse. Les villages se sont vidés et les habitants dispersés de part et d’autre des axes routiers
principaux. Les familles se sont regroupées en petits campements épars, proches des champs de
cultures et proches des marigots, installés à une distance comprise entre 2 et 10 km des axes routiers
(5 km étant une moyenne). La majeure partie de ces campements ne sont pas accessibles en
véhicule.
Peu à peu, avec l’accalmie et les avancées politiques, une partie des déplacés ont eu le courage de
regagner leur village d’origine. C’est ainsi que sur certains axes de la sous-préfecture de Paoua des
villages entiers ont été reconstruits, tandis que sur d’autre les reconstructions s’amorcent peu à peu,
les villageois passant leurs journées au village mais les nuits aux campements.
Cependant, sur les axes où ACF travaille, les déplacés n’affichent en janvier 2009 toujours aucune
intention de retour. Ils vivent donc depuis 3 ans maintenant dans les conditions précédemment
décrites. Les campements sont caractérisés par une forte dispersion géographique, et sont, comme
en était le but tel un gage de sécurité, difficiles d’accès. Une estimation du changement de la densité
de population peut être approximée comme suit :
Avant les évènements :
•
Villages répartis le long de 3 axes routiers, d’une longueur totale de 85 km,
•
Considérons que les villages s’étalent de part et d’autre de l’axe, sur une bande de 500 m de
large,
•
Ainsi, la totalité des 20 000 villageois est incluse dans une superficie de 42, 5 km2, soit une
approximation de la densité de population avant les évènements de 471 hab/ km2.
Après les évènements – en janvier 2009
•
Les trois axes routiers touchés par les évènements gardent la même longueur totale, soit 85
km,
•
Suite aux observations terrains, on peut considérer une distance moyenne de déplacement en
brousse de 5 km de part et d’autre de l’axe routier, soit une bande de 10 km de large au total,
•
Ainsi, la totalité des 20 000 déplacés est incluse dans une superficie de 850 km2, soit une
approximation de la densité de population actuelle de 23 déplacés/ km2.
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Ainsi, les évènements de 2006 ont causé la dispersion des populations, la densité de population
passant de 471 à 23 hab/ km2. Cette forte dispersion sera à prendre en compte dans le choix
technique des activités implémentées par ACF.
Au lancement du programme WASH d’ACF, l’équipe de promotion de l’hygiène a mené une large
enquête concernant les problématiques d’accès à l’eau et les pratiques d’hygiène. Il ressort de cette
enquête les chiffres suivants :
•
Estimation de la consommation totale d’eau : 11 L/personne/jour,
•
Temps consacré à la collecte de l’eau : 3,5 h pour 2,5 personnes/jour,
•
Source principale d’approvisionnement en eau : marigots à 51 % en saison des pluies
et 67 % en saison sèche.
Les déplacés s’alimentent en eau majoritairement aux marigots, eau de surface particulièrement
contaminée
bactériologiquement.
De
plus,
ils
parcourent
de
longues
distances
pour
s’approvisionner. Fort de ces constats, et de la dispersion géographique des bénéficiaires, l’activité
d’installation de filtres familiaux à domicile s’avère être en janvier 2009 une activité toujours
pertinente. Il reste maintenant à étudier les choix techniques envisageables, et à trancher pour la
solution la plus adaptée.
3
Le filtre à sable
Une première solution technique de traitement d’eau à domicile est le filtre à sable.
Le principe d’un filtre à sable est basé un procédé de filtration
lente, utilisé dans la lutte contre les pollutions fécales. Mais
également pour réduire la turbidité de l’eau. Il consiste à faire
passer une eau brute (puits ou marigot) au travers d’un lit de
matériaux filtrants de granulométries variables ; allant du plus
fins au plus grossiers. Ces supports filtrants doivent être
relativement uniformes à chaque niveau de couche. Ainsi il
permet de faire aussi bien un traitement mécanique qu’un
traitement biologique de l’eau brute, assuré via une couche
appelée « biofilm », déposée à la surface de la première couche
de granulats.
Les caractéristiques détaillées et l’historique du travail mené par ACF autour d’un prototype de filtre
à sable ne seront pas détaillés ici. Pour de plus amples informations, un Rapport de l’étude de
faisabilité du filtre à sable à été rédigé pour le coordinateur WASH.
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Le filtre à bougies
Une autre solution technique envisageable pour une filtration de l’eau à domicile est le filtre à
bougies industriel.
Le filtre à bougies industriel, comme le montre la photographie ci-dessous, est composé de 4
éléments principaux :
•
Le récipient supérieur recevant l’eau à filtrer,
•
Le récipient inférieur recueillant l’eau filtrée,
•
3 bougies en céramique,
•
Le robinet pour prélever l’eau filtrée.
Couvercle
Récipient supérieur
(Eau sale)
Récipient inférieur
Eau filtrée propre
Robinet de sortie d’eau
Support stable et solide
Rond en caoutchouc
noir
Figure 1 : photographie d’un filtre à bougies industriel.
Les avantages et inconvénients de ce type de filtre sont analysés dans la partie 5 de ce rapport.
Afin d’évaluer la pertinence de ce type de filtre et son adéquation avec le contexte local des déplacés
dans le nord ouest de la Centrafrique, une série de tests ont été réalisés. Ces tests ont pour objectif
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premier d’évaluer l’efficacité de ces filtres sur une eau turbide : l’eau des marigots consommée par
les déplacés.
Caractéristiques de l’eau à filtrer
Les tests du filtre à bougies ont été réalisés sur une eau claire, considérée comme témoin, et sur une
eau de marigot, prélevée en brousse.
L’eau des marigots utilisée a une turbidité de NTU = 30 (mesure avec le tube du kit Del Agua).
Elle est donc chargée. L’eau n’est pas chargée en particules décantables sur un temps raisonnable. Il
s’agit plutôt de particules colloïdales, très probablement d’origines organiques, végétales ou
animales. Un test d’ébullition n’a pas permis de réduire la turbidité, ni la décantabilité des
particules. Ainsi, l’eau qui sera utilisée pour le filtre à domicile, ne pourra subir un prétraitement.
La qualité de l’eau des marigots dans la zone des déplacées est estimée homogène, avec quelques
variations possibles de la turbidité en fonction de la géologie du sol.
La turbidité est par contre soupçonnée d’augmenter dans les mois à venir. En effet, en saison
pluvieuse, les marigots sont des petits ruisseaux d’eau courante, tandis qu’en saison sèche ils se
transforment en trous d’eau stagnante et donc d’avantage turbide.
Malheureusement des analyses bactériologiques des coliformes fécaux n’ont pues être effectuées
pour l’heure. Des milieux de cultures sont en commande pour cela. On peut dors et déjà soupçonner
une très forte pollution fécale.
Test 1 : évaluation du débit de filtration d’eau, en fonction de la charge d’eau dans le filtre.
Objectif du test 1:
Connaître le débit de filtration du filtre, en fonction de la charge d’eau dans le filtre, pour une eau
claire et une eau turbide. Déterminer la hauteur d’eau minimale à maintenir dans le filtre pour avoir
un rendement de filtration suffisant.
Méthodologie :
Une règle graduée est insérée dans le filtre. Pour chaque hauteur d’eau, le niveau d’eau est maintenu
constant par ajout successif d’eau pendant la filtration. Le temps est mesuré pour la filtration d’un
volume unitaire 8 L, à hauteur d’eau constante. Un débit en L/h est ensuite calculé.
Le test est réalisé avec des bougies neuves, donc non colmatées.
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Résultats :
Débit de filtration en L/h
Les résultats ont été représentés dans le graphique suivant :
Eau claire (NTU = 0)
6
Eau de marigot
Limite de filtration acceptable
5
4
3
2
1
0
0
6
10
14
18
22
26
Hauteurs d'eau dans le filtre en cm
Figure 2 : courbes de débits de filtration (eau claire/eau de marigots) selon la hauteur d’eau dans le filtre.
Analyses et conclusions
Le premier constat, évident, est que plus la charge d’eau dans le filtre est importante, plus le débit de
filtration est important. On constate également sur le graphique que les débits de filtration de l’eau
turbide, bien qu’ils suivent la même courbe que celle de l’eau claire, sont cependant inférieurs. Ceci
s’explique par la plus grande difficulté à filtrer une eau turbide.
Pour une charge d’eau maximale dans le filtre, c'est-à-dire une hauteur d’eau de 26 cm, les débits
maximum de filtration pour des bougies neuves sont les suivants :
•
Eau claire (NTU = 0) : Q filtration max = 4,9 L/h,
•
Eau marigots (NTU = 30) : Q filtration max = 3,25 L/h,
Précisons cependant que ces résultats sont valables pour des bougies neuves, donc ces débits risques
de chuter légèrement suite au phénomène de colmatage des bougies (voir test 2).
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Une limite acceptable de filtration a été fixée à 0,62 L/h. En effet, l’eau filtrée servira uniquement à
la boisson. Si ont considère la moyenne de 5 personnes/famille, une consommation moyenne d’eau
de boisson de 3 L/personne/jour, et la distribution d’un filtre par famille, le filtre devra pouvoir
fournir 15 L au minimum en 24 h, soit un débit minimum de 0,62 L/h.
Tenant compte de cette limite, les hauteurs d’eau minimales à maintenir dans le filtre pour atteindre
0,62 L/h de filtration sont 10 cm pour une claire et 14 cm pour une eau de marigot.
En conclusion, si les bougies sont bien décolmatées, le filtre à bougie industriel est capable de
couvrir les besoins en eau de boisson d’une famille de 5 personnes. Au rendement maximum de
filtration pour une eau de marigot (3,25 L/h), le filtre peut couvrir les besoins en eau de boisson (pris
à 3 L/pers/jour) pour 26 personnes. Cependant ce résultat doit être vu à la baisse, compte tenu du
colmatage des bougies. Il sera conseillé aux bénéficiaires de maintenir autant que possible une
hauteur d’eau maximale dans le filtre afin d’avoir un débit de filtration maximal.
Toutefois, ces résultats, et surtout les débits maxima de filtration sont à nuancer en raison du
phénomène de colmatage des bougies, réduisant le rendement de filtration des bougies.
Test 2 : étude de l’évolution du débit de filtration, en fonction du volume d’eau filtrée cumulé
(vitesse de colmatage des bougies).
Objectif du test 2 :
Comprendre et évaluer le phénomène de colmatage des bougies, sur une eau claire et une eau
turbide. Déterminer l’équation du colmatage pour une eau de marigot à NTU = 30.
Méthodologie :
La charge d’eau dans le filtre est maintenue au niveau maximal. Ce test est donc réalisé aux débits
maxima de filtration. Le temps est mesuré pour la filtration d’un volume unitaire de 5 L. Pour
chaque mesure du couple temps de filtration/volume d’eau filtré, un débit de filtration est calculé.
Résultats :
Sur le graphique page suivante sont représentés en abscisse le volume d’eau filtrée cumulé et en
ordonné les débits de filtration correspondants, et ceci pour une eau claire et une eau turbide.
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Eau claire (NTU = 0)
Débit de filtration en L/h
6
Eau de marigot
Limite de filtration acceptable
Linéaire (Eau de marigot)
5
4
3
R2 = 0,996
2
1
0
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Volum e d'eau filtrée cum ulée en L
Figure 3 : débits de filtration d’eau en fonction du volume d’eau cumulé – vitesse de colmatage des bougies.
Analyses et conclusion :
On constate pour l’eau claire, comme pour l’eau des marigots, que le débit de filtration chute en
fonction de l’augmentation du volume d’eau filtré cumulé. Ceci s’explique par le phénomène de
colmatage des bougies, les micro-trous s’obstruant peu à peu des saletés qu’ils retiennent.
On constate également, et conformément à tout logique, que cette chute de débit de filtration est
nettement plus marquée pour l’eau des marigots, d’avantage turbide. Les bougies se colmatent dans
ce cas plus rapidement.
L’équation de la courbe de tendance linéaire pour l’eau de marigot est la suivante :
Q filtration (L/h) = - 0,0404 × V eau filtrée cumulée (L) + 3,856
Le coefficient directeur de cette courbe de tendance (-0,0404 h-1) pourrai être appelé coefficient de
colmatage des bougies. Sa valeur n’est juste que pour une eau ayant une turbidité de NTU = 30.
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Cette équation permet de calculer le volume d’eau cumulé que l’on pourra filtrer en fixant un débit
de filtration minimal acceptable de 0,62 L/h. Le calcul donne V eau filtrée cumulée (L) = 80 L, résultat qui
se vérifie également sur le graphique.
Si on considère une famille de 5 personnes, une consommation moyenne d’eau de boisson de 3
L/pers/jour, les 80 L d’eau filtrée cumulés seront consommés en 80/15 = 5,3 jours. Si le filtre est
utilisé à son rendement de filtration maximal, avec une eau de marigot turbide à NTU = 30, le débit
de filtration passera sous le seuil de débit de filtration acceptable après 6 jours d’utilisation.
En conclusion, il sera recommandé aux bénéficiaires, lors de la sensibilisation à l’utilisation des
filtres, d’effectuer un entretien hebdomadaire des bougies, c'est-à-dire un brossage complet pour
décolmater les bougies afin de maintenir un débit de filtration acceptable. Ce brossage pourra
s’avérer nécessaire à une plus grande fréquence si l’eau brute est d’avantage chargée que NTU = 30.
Toutes ces analyses sont bien sûres à adapter en fonction de la turbidité de l’eau du marigot.
Cependant, selon les observations terrains, cette turbidité semble similaire quelques soient les
marigots. Par contre, les débits d’eau dans les marigots diminuant en saison sèche, il se peut que la
turbidité de l’eau augmente, en conséquence de la stagnation prolongée de l’eau.
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Comparatif technico-économique des deux types de filtration
Tableau 1 : comparatif technico-économique filtre à sable / filtre à bougies.
Caractéristiques techniques
Filtre à sable
Filtre à 3 bougies
Support filtrant
3 couches de granulat de diamètres
croissants
3 bougies en céramique
Dimensions
Cylindre H = 95 cm, Ø = 58 cm
Cylindre H = 53 cm, Ø = 25 cm
Stockage de l’eau filtrée
Externe, besoin d’un
récipient de collecte
Interne au filtre, bac de 12 L
Composition du filtre
Fut 200 L en polyéthylène,
Bougie en céramique,
Colonne d’alimentation et sortie
d’eau en PVC,
Corps de filtre en inox.
autre
Couvercle en bois.
Poids (sans eau)
Estimé à 165 kg
1,5 kg
Eléments fragiles
Colonne PVC de sortie d’eau,
Bougies,
Raquette de répartition d’eau en
PVC,
Serti des bougies et fixation.
Tous raccords PVC.
Entretien du filtre
Performances
Débit maximal de filtration eau claire
(NTU=0)
Décolmatage du filtre par raclage
de la couche superficielle de
graviers.
Brossage
bougies,
30 L/h
4,9 L/h
hebdomadaire
Ebullition mensuelle des bougies.
Débit maximal de filtration eau turbide
(NTU = 30)
Etude à faire
3,25 L/h
Volume d’eau
colmatage
avant
Etude à faire
Estimé à 1100 L
Volume d’eau turbide (NTU = ?) filtrable
avant colmatage
Etude à faire
80 L
claire
filtrable
Rendement d’épuration bactériologique
Streptocoques fécaux : 100 %
des
Bactéries : 99
constructeur)
%
(données
Coût unitaire
Tests pratiques à faire
Coût unitaire maximal, sans main d’œuvre
d’assemblage et sans transport
85 300 FCFA
37 000 F CFA
51 200 F CFA
22 000 F CFA
(cotation département logistique)
Coût unitaire minimal, sans main d’œuvre
d’assemblage et sans transport
(cotation département logistique)
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Tableau 2 : analyse des avantages et inconvénients des deux procédés de filtration.
Filtres à sable
Avantages
Filtres à bougies
• Bon débit de filtration, besoin en eau
potable couvert pour une large famille,
• Rendement d’épuration bactériologique
satisfaisant,
• Procédé de fabrication locale (Bangui),
mise en place
fabrication,
d’un
atelier
de
• Excellente épuration bactériologique,
• Système de filtration connu, qui a fait ses preuves,
• Tous
éléments
alimentaire,
compatibles
avec
l’hygiène
• Simplicité d’utilisation,
• Léger,
• Projet réplicable à une échelle locale,
• Récipient de récupération d’eau filtrée intégré,
• Simplicité d’utilisation,
• Facilité
de transport pour les bénéficiaires
(pourront le déplacer lors du retour au village),
• Peu d’entretien,
• Logistique de distribution simplifiée,
• Revente difficile
• Possibilité de mettre en place à Paoua un stock de
spare parts,
• Installation possible par les bénéficiaires suite à une
bonne sensibilisation.
Inconvénients
• Prototype
et étude de
insuffisamment abouti,
faisabilité
• Prototype actuel trop fragile,
• Utilisation de PVC et de colle PVC non
alimentaire dans le prototype actuel,
• Filtre particulièrement lourd, difficulté
logistique pour la mise en place dans les
campements pour certains inaccessibles
en véhicule,
• Débit de filtration faible,
• Fragilité des bougies,
• Entretien plus contraignant, du au colmatage des
bougies,
• Solution industrielle, non réplicable localement,
• Revente facile,
• Besoin d’un récipient complémentaire
pour collecter l’eau filtrée,
• Coût de transport capitale=> base élevé
(24 camions),
• Si casse de certains éléments, difficile
de les remplacer en local,
• Une fois installé, avec la répartition des
3 couches de granulats, le filtre est
intransportable,
• Besoin d’une installation au cas par cas,
par l’équipe promotion de l’hygiène :
fastidieuse et chronophage,
Recommandations
• Ne pas abandonner le projet : proposer
des TOR pour un stagiaire charger
d’étudier la faisabilité du projet et
mettre en place un projet pilote,
• Réaliser plus qu’un test bactériologique
pour évaluer le pouvoir épurateur du
filtre en se basant sur des données
statistiques.
• Axer les efforts sur la sensibilisation à l’utilisation
et entretien du filtre avant et après la distribution,
• Suivre le département logistique pour s’assurer de
la livraison en totalité des 2200 filtres,
• Faire un suivi rigoureux post-distribution, dans un
but d’évaluer la pertinence et l’impact du projet,
• Compléter les données techniques du présent
rapport en réalisant des tests bactériologiques sur
l’eau brute et l’eau filtrée.
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Conclusion et recommandations
La proposition soumise aux bailleurs en juin 2008 pour le financement d’un programme
d’installation de 2200 filtres à domicile pour les populations déplacées de la sous-préfecture de
Paoua est toujours pertinent au regard du contexte humanitaire actuel, à la fin janvier 2009. En effet,
étant donné la dispersion géographique des bénéficiaires et la difficulté d’accès aux campements,
une solution de traitement de l’eau à domicile semble répondre en partie aux besoins des déplacés.
Un premier prototype de filtre à sable a été fabriqué, mais compte tenu d’un calendrier trop serré, il
n’a pas été abouti de manière définitive et des points techniques restent à améliorer. Des analyses
plus nombreuses doivent également être réalisées pour évaluer l’efficacité du filtre en termes de
rendement épuratoire en se basant sur des résultats statistiques. Difficultés supplémentaires
rencontrées, les composantes du filtre sont introuvables à Bangui dans les quantités requises, et
surtout les cotations compilées par le département logistique auprès de fournisseurs centrafricains et
camerounais ne permettent pas la production des 2200 filtres avec le budget alloué. La logistique de
transport entre la capitale et la base implémentant le projet était également très lourde : 25 camions
pour le transport des supports filtrants conditionnés en sacs. Enfin, le poids moyen d’un filtre étant
de 165 kg, la logistique de mise en place dans des campements éloigné de l’axe routier et
inaccessible en véhicule aurai été fastidieuse, voire impossible.
Ces différents constats s’accumulant peu à peu, le département WASH s’est tourné, par contrainte
de temps également, vers une autre solution technique : les filtres à bougies industriels. Ce type de
filtre a des inconvénients par rapport au filtre à sable, certes, mais il défend bien cependant des
avantages non négligeables. La principale inquiétude est la rapidité du colmatage des bougies en
fonction de la turbidité de l’eau brute utilisée par les déplacés. Ce présent rapport se veut assez
rassurant, mais pour mesurer la pertinence et l’impact réel de ce choix technique, il faudra se baser
sur un suivi rigoureux post-distribution. Pour l’heure, l’accès est mis sur la sensibilisation des
bénéficiaires à l’importance du filtre, à son installation, utilisation et entretien. Cette sensibilisation
est en cours auprès des 600 premières familles bénéficiaires et se veut très positive, les familles étant
très curieuses et intéressées par le projet.
Le prototype de filtre à sable ne mérite pas d’être rangé au placard. Il nécessite une étude de
faisabilité plus complète et détaillée, suivi d’un projet pilote sur une trentaine de prototype par
exemple. Ce travail pourrait être confié à un stagiaire universitaire sur une période de quatre à cinq
mois, sur la base de TOR précis
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