Citernes individuelles d'eau potable/ PARTIE 1

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Description, dimensionnement et construction d'une citerne d'eau potable

I] Description générale d'un système de collecte des eaux de pluie en ferro ciment (impluvium)

II] Dimensionnement de la citerne

2.1 Estimation des besoins en eau
2.2 Estimation de la quantité d'eau récoltée
2.3 Dimensionnement final de la citerne
2.4 Estimation des échanges

III] Construction de la citerne

3.1 Implantation de la citerne
3.2 Construction des fondations
3.3 Construction des parois
3.4 Construction de la toiture
3.5 Installation du système de puisage
3.6 Confection et mise en place de la gouttière
3.7 Couverture du regard de visite
3.8 Evacuation des premières pluies

 

 

I] Description générale d'un système de collecte des eaux de pluie en ferro ciment (impluvium)

Un système de collecte des eaux de pluie se compose essentiellement des éléments suivants:


II] Dimensionnement de la citerne

2.1 Estimation des besoins en eau

Les besoins en eau sont calculés en fonction du nombre de personnes qui utilisent l'eau au quotidien. Nous prendrons une valeur de 5L/pers/jour comme consommation moyenne. Le calcul des besoins en eau est donc le suivant:

Besoins en eau par personne = 5 L * 365,25 jours = 1826 L par an

Ainsi, on trouve les résultats suivants:


2.2 Estimation de la quantité d'eau récoltée

La quantité d'eau de pluie pouvant être captée dépend du climat, de la surface, de la nature de la surface de récupération et de l'efficacité du filtre.

- Climat: la pluviométrie moyenne sur l'île de Mar est de 640 mm par an.
[Remarque: 640 mm signifie 0,640 m3 par m² de surface, donc 640 litres par m² de surface. 1 mm correspond donc a 1 litre par m² de surface]
- Surface: si l'eau de pluie est captée par un toit, il faut prendre en compte la surface horizontale projetée du toit, porte-à-faux inclus. Si un seul pan du toit est utilisé, il faut savoir qu'un pan reçoit plus d'eau qu'un autre à cause de l'orientation des vents.
- Caractéristiques de la surface de collecte: l'indice d'écoulement de la surface de collecte décrit le pourcentage d'eau qui s'écoule effectivement. Pour un toit incliné à bandes de revêtement ou tôle (cuivre, acier, zinc), l'indice d'écoulement vaut entre 0,8 et 0,85.
- Calcul de la pluie récoltée:

Pluie [mm, correspond a litres par m² par an] x surface de toit projetée x indice d'écoulement =
640 litres par m² et an x 30 m² x 0,8 = 15360 litres par an = 15,36 m3 par an

On trouve donc les résultats suivants:


2.3 Dimensionnement final de la citerne

Chaque cas doit être étudié indépendamment.

  • Si les besoins en en eau sont inférieurs à la quantité d'eau que l'on peut récolter, alors le surplus pourra être utilisé par les voisins ou pour l'irrigation d'un petit potager individuel par exemple.
  • Si les besoins en eau sont supérieurs à la quantité d'eau que l'on peut récolter sur le toit de l'habitation, la surface de la maison est un facteur limitant donc la citerne sera dimensionnée suivant la quantité d'eau qui pourra être récoltée sur la surface.

La citerne doit donc être dimensionnée en fonction de la surface de récolte de l'eau de pluie. Toutefois, si le réservoir est très grand et que l'eau ne déborde pas, alors les particules flottantes stagnent longtemps. Ceci peut nuire à la qualité de l'eau (odeur pourrie, prolifération des particules,...). Il existe 2 solutions :
1) La récolte d'eau de pluie (donc la quantité d'eau de pluie qui coule dans la citerne) est adaptée à la dimension de la citerne et donc nettement plus grande que le besoin en eau. Le réservoir peut donc déborder et éliminer les particules flottantes.
2) Un contrôle régulier (par exemple 1 fois par mois) avec enlèvement ou aspiration des particules flottantes.

 

2.4 Estimation des échanges

Première estimation grossière des échanges au niveau des citernes individuels avec les hypothèses suivantes:

- Surface de la maison: 30 m²
- Nombre de personnes dans la maison: 8
- Indice d'écoulement: 0,8 (indice pour toit en tôle)
- Consommation en eau: 5L par personne et par jour pendant toute l'année
Nous considérons qu'au début du mois de juillet la citerne est vide (première utilisation).



Nous constatons qu'à la fin du mois de juin il reste 740 L d'eau dans la citerne.
Cela signifie qu'une citerne de 10 m3 peut subvenir au besoin en eaux potables de 8 personnes pendant toute une année.
Nous devons également remarquer que pour exploiter à fond cette ressource en eau potable, il faut utiliser l'eau de la citerne dès la saison des pluies et non attendre que celle-ci soit pleine pour le faire, comme le font la plupart des habitants du village pour le moment.

 

III] Construction de la citerne

3.1 Implantation de la citerne

La citerne doit être située près du toit. Elle doit être facile d'accès aux membres de la famille et loin des sources de pollution comme les latrines, les puisards, les dépôts d'ordures, etc...
L'emprise de la citerne doit être au moins à 1 mètre des fondations des bâtiments. Plus cette distance est réduite, moins la tuyauterie sera chère.
Il faut que le haut de la citerne soit moins élevé que la gouttière. En effet, il est important de maintenir un dénivelé pour permettre l'écoulement vers la citerne. Si la citerne est trop haute par rapport au toit, elle pourra être enterrée.
Lorsque le choix de l'emplacement est fixé, on peut placer un piquet au centre comme repère et tracer la circonférence de la fondation à l'aide d'une corde correspondant au rayon de la citerne. En général, le diamètre de la fouille dépasse celui de la citerne de 20 cm environ.

3.2 Construction des fondations

3.2.1 Fouille et renforcement de la fondation


Dans un premier temps, il faut enlever la terre végétale dans le cercle tracé et creuser jusqu'à une profondeur d'environ 20 cm, ou jusqu'à atteindre un socle dur. Cette profondeur sera variable en fonction des caractéristiques du sol:

  • Lorsque le site est sablonneux, fait de terrain meuble ou si la fondation est surélevée, il faut remplir la fouille de blocs de cailloux durs (moellons de bonne qualité ou blocs de granite) sur une épaisseur de 30 cm selon la hauteur requise de surélévation de la citerne. Un muret de 20 à 30 cm peut être construit avant de remplir la fouille avec des blocs de cailloux.
    Ce muret est placé autour de la fouille et sert de coffrage. Les cailloux sont ensuite taillés pour avoir une surface horizontale plane. Du gravier ou du sable doit alors être rajouté dans les interstices pour limiter les pertes de béton par infiltration et stabiliser le béton. La surface ainsi améliorée doit être arrosée et compactée.
  • Lorsque le site est de socle dur (terrain latéritique ou rocheux), il faut enlever la terre arable puis mettre directement le béton en vue de la construction de la fondation sur une épaisseur de 10 cm.


3.2.2 Préparation de l'armature de la citerne

La préparation de l'armature peut se faire parallèlement à l'aménagement de la fondation. Pour ce faire, les outils et matériaux suivants sont nécessaires:

  • des barres de fer de 6 mm,
  • du fil de fer d'attache,
  • des instruments pour ferrailleurs tels que des griffes, des tenailles, une cisaille, etc...


Armature de la base

Il faut d'abord tracer un cercle de diamètre: diamètre intérieur de la citerne + 5 cm. Ainsi, on peut donc faire des cerceaux avec des fers de 6 mm et de même diamètre que le cercle tracé au sol. Ensuite, il faut poser un cerceau sur le cercle et quadriller le cercle avec des mailles de 20 cm en commençant par le centre. On peut donc par la suite placer une barre de fer de 6 mm sur chaque ligne de quadrillage et laisser déborder celle-ci des deux côtés du cercle. Ce débordement doit tenir compte de la hauteur de la citerne et du toit. On pourra donc attacher les morceaux de barres de fer les uns aux autres aux points de croisement.

Armature des parois
Les débordements de fer seront donc pliés dans le sens vertical de manière à avoir un angle de 90° par rapport à la base. Les autres cerceaux seront, quant à eux, attachés tous les 20 cm sur le fer vertical jusqu'à la hauteur voulue(généralement 2,10m).

3.2.3 Pose de l'armature

Une fois l'armature prête, elle pourra être posée sur le socle de la fondation et régler à la verticale.

 

3.2.4 Mise en place des tuyaux de prise et de vidange d'eau

La prise d'eau de la citerne se fait à l'aide d'un robinet monté sur un tuyau PVC de diamètre 25 ou 32. Pour collecter le maximum d'eau de la citerne, le tuyau est placé au ras de la fondation et disposé de la manière suivante:

  • Disposer de deux morceaux de tuyau de longueur respective 15 cm et 1,7 m.
  • Relier ces deux morceaux à l'aide d'un coude de 25 ou 32 solidement fixé au tuyau de 1,7 m alors que la connexion au morceau de 15 cm sera facilement démontable.
  • Placer le tuyau de prise/vidange sur l'armature en maintenant les coudes à l'intérieur et les bouts des tuyaux à l'extérieur de la citerne. Le coude du tuyau de prise est placé au centre de la citerne.
  • A l'aide du papier, boucher provisoirement les deux bouts du tuyau pour éviter la pénétration de corps étrangers.

Le tuyau de prise sert également de tuyau de vidange. La séparation se fait à partir d'un té placé à la sortie de la citerne.

NB: le tuyau de prise ne débouche pas nécessairement au centre de la citerne. La longueur réelle du plus grand morceau de tuyau est fonction de l'emplacement du tuyau de prise à l'intérieur de la citerne.

3.2.5 Mise en place du béton

Il faut ensuite utiliser les agrégats de très bonne qualité:

  • Préparer un béton à 350 kg/m3, soit 1 sac de ciment pour 2 brouettes de gravier et 1 brouette de sable. Le béton ne doit pas être trop fluide. Il est important de bien respecter les dosages pour palier aux phénomènes d'infiltration.
  • Arroser la surface de la fondation.
  • Étaler une première couche de béton de 5 cm d'épaisseur (cette couche doit être sous l'armature).
  • Mettre une deuxième couche de 10 cm de manière à couvrir le dispositif mis en place (armature et tuyaux).
  • Vibrer manuellement le béton.
  • Arroser la fondation 3 fois par jour jusqu'à la fin des travaux pour assurer une bonne étanchéité et une bonne prise du béton.



3.3 Construction des parois

Dès le lendemain de la construction de la fondation, la construction des parois peut se faire. Les parois sont en ferro ciment et de forme circulaire. Tout d'abord, il faut entourer toute l'armature de grillage de poulailler et l'attacher avec du fil de fer recuit. Le ferraillage doit être installé verticalement. Il faut ensuite entourer et attacher l'ensemble armature et grillage avec du sécko pour faire le coffrage (un sécko est un genre de natte épaisse formé par entrecroisement de tiges d'Andropogon gayanus et utilisé dans la construction des cases).



L'exécution de la paroi se fait en trois couches et en trois jours. Le dosage du mortier est de 1 sac de ciment pour trois brouettes de sable, de préférence fin.

  • 1er jour: appliquer une première couche de mortier sur l'armature
  • 2ème jour: appliquer une deuxième couche de mortier. Avant la prise du mortier, appliquer une couche de barbotine à l'aide de la truelle pour rendre l'intérieur de la citerne étanche. La barbotine sera préparée en ajoutant un volume d'eau à un volume de ciment pur de façon à avoir un mélange assez épais. Exécuter ensuite une chape étanche sur le béton de la fondation pour avoir une pente de 3% vers le centre de la citerne, et donc vers l'entrée du tuyau de prise d'eau.
  • 3ème jour: faire le décoffrage puis appliquer la troisième couche à l'extérieur de la citerne.

Il faudra ensuite arroser le tout trois fois par jour jusqu'à la mis en eau de la citerne.

 

3.4 Construction de la toiture

3.4.1 Armature et coffrage

Pour effectuer l'armature et le coffrage, il faut plier les barres en attente au dessus de la paroi vers le centre de la citerne. Les barres pliées seront ensuite prolongées avec d'autres morceaux de manière à avoir des dépassements au niveau des points d'attache de 20 à 30 cm et à former un quadrillage de maille de 20 cm en y ajoutant si besoin des morceaux. Pour obtenir une meilleure répartition des charges, l'armature devra être enrobée de grillage de poulailler. Il est nécessaire de prévoir le regard de visite dans un coin de l'armature de 60*60 cm.

Avec un étai placé au centre de la citerne (un étai est une pièce de bois ou de fer utilisée pour soutenir une construction qui menace de s’écrouler ou qui est en travaux), on peut tendre l'armature de manière à lui donner une pente du centre vers la périphérie. Il faut ensuite étaler du sécko ou tous autres matériaux locaux pouvant servir de support sous l'armature en l'attachant à cette dernière (faire le coffrage de la toiture). Avec des étais supplémentaires, il faut ensuite soutenir l'armature et le sécko à l'intérieur de la citerne de sorte à ne pas endommager la chape.

 

3.4.2 Pose du trop plein

Couper 50 cm de tuyau en PVC de 75 ou 100 cm de diamètre. Ce tuyau sert de trop plein. Faire un trou dans le mur juste au-dessous de l'armature de la toiture et loin du trou d'homme et du robinet de puisage pour y placer le tuyau de 50 cm.

 

3.4.3 Mise en place du béton de la toiture

Préparer du béton de dosage (1 volume de ciment pour 1 volume de sable et 2 volumes de gravier). Enrober l'armature de béton sur une épaisseur de 5 cm environ en laissant le regard de visite. Avant la prise de béton, placer une vieille boîte de lait ou un tuyau de 100 mm sur le toit pour laisser le trou d'alimentation de la citerne. Laisser sécher pendant 3 jours avant d'enlever le sécko et les étais. Entre temps, et sans marcher sur le toit, crépir le dessus avec du mortier dosé à 1 volume de ciment pour 3 volumes de sable sur une épaisseur de 5 cm puis le dessous pour enrober les barres de fer visibles. Il n'est pas nécessaire de talocher la deuxième couche.

 

3.5 Installation du système de puisage

Creuser un trou de 60*60*50 cm sous le tuyau de puisage. Ensuite, maçonner les parois verticales mais pas le fond. On peut ainsi mettre 10 cm de gravier pour faciliter l'infiltration des eaux de puisage perdues.

Enrober de béton le tuyau de prise pour le protéger contre les rayons de soleil et les risques de brisure. Fixer un té par l'intermédiaire d'un embout mixte sur le bout du tuyau de prise. Mettre ensuite un robinet à l'une des extrémités du té par l'intermédiaire d'un coude , d'un manchon et de morceaux de tube galva. Un autre bouchon pourra ainsi être placé à l'autre extrémité du té pour la vidange. Enfin, il faut confectionner un couvercle de fermeture pour le regard.

 

3.6 Confection et mise en place de la gouttière

La gouttière sert à collecter les eaux de pluie tombant sur le toit et à les déverser dans une canalisation conduisant à la citerne. Les matériaux généralement utilisés sont la tôle galvanisée, le PVC, etc... Pour bien recueillir les pluies de différentes intensités, il est important que le toit avance de 1 à 2 cm au dessus de la gouttière. La largeur de la gouttière est alors de 20 cm. À des points distants de 50 à 60 cm les uns autres, la gouttière doit être soutenue par des supports de forme rectangulaire et ancrés dans le mur.

 

3.7 Couverture du regard de visite

Pour couvrir le regard de visite, il faut confectionner un cadre de dimension 59*59 cm à l'aide d'une cornière légère de 30 et souder en bas du cadre 4 pattes de scellement. Le couvercle se confectionne avec un cadre de dimension 60*60 cm à l'aide d'une cornière légère de 30. Une tôle noire d'épaisseur 8/10ème pourra ensuite être soudée sur ce cadre. Enfin, il suffit de sceller le cadre de dimension 59*59 cm au niveau de l'emplacement prévu pour le regard de visite sur le toit de la citerne.

 

3.8 Evacuation des premières pluies

L'eau de pluie tombant sur la surface des toits ne saurait être drainée directement par la conduite d'alimentation dans la citerne avant d'être débarrassées des impuretés (excréments d'oiseaux ou insectes, particules de sable, etc...). Plusieurs dispositifs sont utilisés pour débarrasser l'eau de pluie collectée de ses impuretés:

  • Système de déviation avec des tuyaux en forme de Y
Il comporte un tuyau de descente qui achemine l'eau collectée par les gouttières vers un baril de 100 litres placé au sol et percé à la partie inférieure d'un petit trou de 6 cm de diamètre qui laisse échapper les premières pluies. Au fur et à mesure que la pluie continue de tomber, l'eau remonte dans le tuyau qui sert à alimenter la citerne; un tuyau d'alimentation enforme de Y: à la fin de la pluie les tuyaux sont déversés automatiquement de leur eau grâce au trou du baril.
  • Système de déviation des premiers flots en té
La conduite d'alimentation de la citerne est munie à son milieu d'un té d'une conduite verticale de 1 mètre de long par laquelle les pluies sont évacuées. Cette conduite dispose à sa base d'un bouchon qu'il faut visser après les premières pluies.