Cours Access Conception de Ba
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Version finale
1.2.1 DIT4
Les prescriptions techniques générales s’appliquent aux opérations à réaliser en Haïti et relevant du
champ de compétence de la Direction Nationale de l’Eau Potable et de l’Assainissement (DINEPA).
Elles constituent un référentiel, certaines à portée réglementaire, nationale, technique et sectorielle,
d’autres ayant un rôle d’information et de support complémentaire.
Le présent référentiel technique a été élaboré en 2012 et 2013 sous l’égide de la DINEPA, par l’Office International de l’Eau
(OIEau), grâce à un financement de l’UNICEF.
Dépôt légal 13-11-453 Novembre 2013. ISBN 13- 978-99970-51-12-7.
Toute reproduction, utilisation totale ou partielle d’un document doit être accompagnée des références de la source par la
mention suivante : par exemple « extrait du référentiel technique national EPA, République d’Haïti : Fascicule
technique/directives techniques/etc. 2.5.1 DIT1 (projet DINEPA-OIEau-UNICEF 2012/2013) »
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Sommaire
1. Note préliminaire ........................................................................................................................... 3
2. Principe général............................................................................................................................. 3
2.1. L’aspiration ..............................................................................................................................4
2.2. Le refoulement ........................................................................................................................4
2.3. Mécanismes d’entraînement pour une PMH ...........................................................................4
2.3.1. Entraînement direct ........................................................................................................... 4
2.3.2. Entraînement par bras ou pédale....................................................................................... 5
2.3.3. Entraînement par roue....................................................................................................... 6
2.4. Choix de principe et de mécanisme ........................................................................................7
3. Les différents dispositifs d’élévation d’eau ................................................................................ 7
3.1. Pompes à transmission mécanique ........................................................................................7
3.1.1. Pompes à piston ................................................................................................................ 7
3.1.2. Pompes à mouvement semi rotatif alternatif (type pompe Japy)...................................... 8
3.2. Pompes à diaphragme ............................................................................................................9
3.2.1. Pompes à diaphragme à transmission mécanique ............................................................. 9
3.2.2. Pompes à diaphragme à transmission hydraulique (hydropompes).................................. 9
4. Avantages des pompes à motricité humaine............................................................................ 11
5. Choix d’une pompe en fonction de sa plage d’utilisation ....................................................... 11
6. Mise en place d’une pompe à main............................................................................................ 11
6.1. Réalisation de la dalle autour de la pompe ...........................................................................11
6.2. Dispositions pour un usage plus sûr des eaux souterraines .................................................14
6.3. Principe de dimensionnement de la pompe ..........................................................................15
7. Conception, pose, entretien, et gestion des PMH .................................................................... 16
7.1. Généralités ............................................................................................................................17
7.2. Conception ............................................................................................................................17
7.3. Contraintes autour d’une pompe à main ...............................................................................17
7.4. Entretien et gestion des PMH................................................................................................18
7.4.1. Entretien des pompes ...................................................................................................... 18
7.4.2. Gestion du parc de pompes ............................................................................................. 20
7.5. Durée d'utilisation prévue......................................................................................................21
ANNEXE 1 : Maintenance des pompes India Mark .......................................................................... 22
ANNEXE II : Tableau des principaux dysfonctionnements des pompes type Vergnet ................ 48
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1. Note préliminaire
Les pompes à motricité humaine constituent un des systèmes les plus accessibles pour accéder à
l’eau en sous-sol. Il s’agit de systèmes, simples, robustes, faciles à mettre en œuvre et à entretenir.
De plus, elles sont relativement économiques si elles sont bien conçues et entretenues. Une
normalisation des types de pompes permettra de limiter les coûts de maintenance, ainsi que de limiter
le renouvellement du parc de pompes.
2. Principe général
Que ce soit pour une pompe à main ou une pompe à pied, l’énergie est fournie par un être humain.
Les systèmes d’aspiration disposés au niveau de la mer, permettent d’aller chercher l’eau jusqu’à des
profondeurs de 7 mètres. Les systèmes à refoulement peuvent permettre d’atteindre des profondeurs
de 100 m, suivant les modèles. Les systèmes à élévation directe sont peu rentables énergétiquement
parlant, et ne seront donc pas traités ici.
Figure 1 : Principes de base des différents dispositifs volumétriques (Source : P.L Fraenkel, (1994),
Bulletin Fao d'irrigation et de drainage 43, les machines élévatoires)
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2.1. L’aspiration
L’aspiration en tant que telle n’existe pas. Ce n’est pas le vide que l’on fait qui attire l’eau et la fait
monter dans la conduite de la pompe : c’est la différence entre la pression atmosphérique et la
dépression créée par la pompe. C’est l’atmosphère qui exerce une pression sur l’eau, et la pousse
dans le tuyau dans lequel on a diminué la pression (voir « aspiration » de la Figure 1). De ce fait,
l’aspiration ne peut permettre d’atteindre des hauteurs d’eau supérieures à l’équivalent de la pression
atmosphérique. La hauteur d’aspiration effective ne pourra pas dépasser 6,9 m au niveau de la mer
et diminuera de façon proportionnelle à l’augmentation de l’altitude.
A une altitude supérieure à 1 200 mètres, l’aspiration ne peut plus avoir lieu au-delà de 6 mètres. Cela
est lié à :
Une différence de pression atmosphérique suivant l’altitude qui exercera donc une pression
différente sur la colonne d’eau
L’existence de pertes de charge (forces de frottement entre l’eau et le tuyau – rugosité,
fermeture non instantanée des clapets…) dans la pompe et les tuyaux de refoulement.
2.2. Le refoulement
Du fait de profondeurs souvent supérieures à 7 mètres, la majorité des pompes à motricité humaine
en forage sont des pompes à refoulement.
Elles utilisent le même principe que les pompes à aspiration (à savoir créer une dépression pour
aspirer l’eau), mais le mécanisme d’aspiration est disposé au fond du forage, et dispose d’un clapet
anti-retour. De cette façon, on ne crée une aspiration que sur une petite portion de la colonne d’eau,
et on repousse l’eau le restant du temps. Cela permet de contourner la limite liée à l’aspiration simple.
Chaque fois que l’on actionne la pompe, on fait monter la colonne d’eau. Dès qu’on arrête d’actionner
la pompe, ou lors de la phase de retour, le clapet anti-retour se ferme, et la colonne d’eau reste au
niveau, sans redescendre.
L’utilisateur soulève directement une certaine quantité d’eau en soulevant une poignée, comme le
montre la Figure 2.
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Figure 3 : Vue d’une dalle et d’une pompe à bras.(Source : WEDC, (2012), An engineer’s guide to
apron slabs for water points)
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Figure 4 : Exemple de pompe à pédale des environs de Croix des bouquets (modèle Vergnet HPV-60)
(Source : Office International de l’Eau, 2012)
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Tableau 2-1 : Principes et mécanismes utilisables suivant la profondeur à laquelle on trouve l'eau
Profondeur Principe utilisable Méthode directe Roue Levier Pédale
0-7 m Aspiration x x x x
0-15 m Refoulement x x x x
0-30 m Refoulement x x x
0-60 m Refoulement x x x
0-100 m Refoulement x x
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Figure 6 : Principe de fonctionnement d’une pompe à piston (Source : Action Contre La Faim, (2004),
Le pompage)
Il faut savoir que les systèmes à double effet ont un meilleur rendement énergétique que les systèmes
conventionnels, mais ayant plus de clapets, ils demandent un entretien plus soigné.
Les pompes à piston sont généralement les plus utilisées, avec les hydropompes (Voir le 3.2.2 ci-
dessous), et leur mécanisme d’aspiration est disposé au fond du forage.
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Figure 7 : Principe de fonctionnement d'une pompe à mouvement semi rotatif alternatif (Source :
Office International de l’Eau, (2013), Cahier technique sur les pompes à motricité humaine)
Figure 8 : Vue en coupe du fonctionnement d'une pompe à diaphragme (Source : P.L Fraenkel,
(1994), Bulletin Fao d'irrigation et de drainage 43, les machines élévatoires)
Ces pompes faisant intervenir peu de frottement et peu de pièces mécaniques, elles ont un
rendement énergétique supérieur à celui des pompes à transmission mécanique. C’est le principe de
variation de volume qui est utilisé dans les pompes à transmission hydraulique.
Lors de l’aspiration, la baudruche se rétracte, le clapet anti retour se ferme, et le clapet d’aspiration
s’ouvre. L’eau entre alors dans le corps de la pompe. Lors du refoulement, la baudruche se gonfle, le
clapet d’aspiration se referme, le clapet anti retour s’ouvre, et l’eau est chassée vers le haut.
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L’inconvénient majeur est la pièce principale de la pompe (une baudruche) qui demande un latex de
très haute qualité et qui est assez chère. Une étude de la république du Tchad de 2008, réalisée par
le Ministère de l’environnement, de l’eau, et des ressources halieutiques, a montré que sur une durée
continue d’utilisation de 10 à 15 ans, seules 35 % des pompes avaient eu besoin d’un remplacement
pour cette pièce.
Les pompes à baudruche hydraulique sont utilisées au Tchad et en Guinée depuis les années 1970,
et ont toujours des taux de fonctionnement supérieurs à 90 % (Source : Etude Snape – 2007 –
Guinée, Rapport sur les coûts de fonctionnement des PMH de marque Vergnet dans la zone du
Tchad – 2008 – Tchad).
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La recommandation de la DINEPA pour les PMH est d’utiliser soit une pompe Vergnet, soit une
pompe India Mark II et III.
Le forage est traité dans une fiche technique dédiée, et le montage de la pompe est dépendant du
type et du modèle de pompe utilisé. Cependant, et dans tous les cas, un trottoir doit être réalisé, et
certaines précautions peuvent être prises pour un usage plus sûr des eaux souterraines. C’est ce qui
est développé plus bas.
De façon à permettre l’accès aux personnes à mobilité réduite, il faudra mettre en place une rampe à
faible pente pour accéder à la sortie d’eau.
La dalle devra avoir une épaisseur d’au moins 15 cm, avec des fondations d’au moins 40 cm. Elle
devra être entourée d’un petit muret de 10 cm de haut au minimum.
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Pour éviter que des eaux d’infiltration contaminées par le ruissellement pénètrent dans le forage, il est
recommandé de surélever ce trottoir d’au moins 10 centimètres. La partie servant de base à la pompe
sera, elle, encore surélevée de 5 centimètres par rapport au reste du trottoir.
Un caniveau d’évacuation devra être prévu pour que les alentours de la pompe restent aussi secs que
possibles. Il devra faire un minimum de 5 m de long, 10 cm de large pour 7,5 cm de profondeur, et
amener l’eau, soit dans un fossé existant, soit dans un puits d’infiltration, qui devra alors être au
minimum à 6 m de la dalle.
Si la dalle autour de la pompe est située sur une zone inondable, il est recommandé de la surélever
autant qu’il sera nécessaire pour que l’eau ne la submerge pas en période d’inondations.
Figure 10 : Vue d’une dalle et d’une pompe à bras (Source : WEDC, (2012), An engineer’s guide to
apron slabs for water points)
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Figure 11 : Vue transversale de la dalle béton et de la pompe (Source : WEDC, (2012), An engineer’s
guide to apron slabs for water points)
Le béton utilisé devra avoir pour composition 1 volume de ciment, pour 2 volumes de sable, pour 3
volumes de gravier, avec 1 volume d’eau, ou les proportions 1/2/3/1, respectivement de ciment, sable,
gravier, et eau. Il conviendra de se référer à la Directive Technique relative à la Réalisation
d’ouvrages de génie civil maçonnés (4.1.1 DIT1), pour savoir quelle qualité de matériau utiliser.
On pensera à armer la dalle en utilisant des fers de diamètre 6 mm (¼ pouce) qui devront rester à 3
cm de la surface de la dalle, de façon à ce qu’elle soit plus résistante.
La dalle devra être aussi lisse que possible de façon à permettre le meilleur écoulement possible pour
l’eau. Pour cela, on peut soit lisser le béton lors de la construction de la dalle, soit avoir une finition
faite avec un mortier à base d’1 volume de ciment pour 3 volumes de sable fin. Dans le deuxième cas,
le risque est qu’à long terme la finition se détache de la dalle.
Avant de penser au montage d’une pompe sur la dalle, il faut laisser 3 à 4 jours de temps de séchage.
Dans le cas d’une pompe installée dans une zone urbaine, un muret d’1,5m devra être construit à
environ 1m du bec verseur de la pompe, de façon à ce qu’une ou deux personnes au maximum aient
accès au bec simultanément. Ceci devrait permettre de limiter les tensions autour de la pompe.
En zone rurale, ce muret peut également être construit pour limiter les accès des animaux à la pompe.
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Les points d’eau doivent se trouver à au moins 30 mètres des latrines ou sources polluantes les plus
proches. Si les sources polluantes ne sont pas à une distance suffisante du point d’eau, et si le forage
est déjà existant, il faut alors prélever l'eau à un niveau plus bas de la couche aquifère (cf. Figure 13).
L'eau souterraine s'écoule essentiellement le long des couches géologiques (sauf en cas de fissures)
avec un très léger déplacement vertical. Si l'extraction reste modeste (on peut admettre le seau ou la
pompe à main) et que le puits est bien étanche dans la traversée de la zone polluée, le risque de
pollution reste alors limité.
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Figure 13 : Protection d'une pompe à main contre la pollution d'une latrine à fosse (Source : Franceys
R., Pickford J. & Reed R., (1995), Guide de l'assainissement individuel, Organisation mondiale de la
santé)
Pour connaître le débit maximal théorique d’une pompe, on se sert du monogramme de calcul de la
Figure 14. On trace d’abord une droite déterminée par le nombre de coups par minute, et la longueur
de la course (ici, une course d’environ 250 mm, et 40 coups par minute).
Le nombre de coups par minute est le nombre de fois où on lève/abaisse le bras, le levier, ou la
pédale. La course est la distance parcourue par le bras, le levier, ou la pédale.
On trace ensuite une droite passant par le point d’intersection avec la ligne pivot, et par le point
correspondant au diamètre du cylindre. La projection de cette droite sur la règle de débits donne le
débit maximal qui peut être atteint par cette pompe.
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Il faut savoir qu’en principe, quelle que soit la personne qui utilise une pompe, la course du levier est
généralement comprise entre 300 et 400 millimètres. Cet abaque est valable quelle que soit la pompe
à motricité humaine utilisée.
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7.1. Généralités
Pour l’introduction de pompes manuelles en milieu rural, il est nécessaire :
De choisir un modèle de pompe robuste, fiable et bien accepté par les populations locales. Il
faut donc que les opérations de maintenance soient simplifiées et que les conditions de
fabrication soient adaptées aux moyens techniques locaux
De ne pas démarrer un projet d’implantation de pompes avant d’être bien certain qu’une
équipe de maintenance avec une formation adéquate existe ou existera, et qu’un stock de
pièces détachées sera disponible localement (avec un fond de roulement suffisant pour ne pas
avoir à importer une pièce suite à une panne)
De penser donc à la constitution d’un comité de point d’eau, ou CPE, avec une formation
incluant manipulation, utilisation des outils, et procédures de demande de pièces éventuelles à
la DINEPA, le tout disponible en créole si besoin est.
7.2. Conception
On peut résumer les options adoptées par les constructeurs suivant le Tableau 7-1:
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On ne parle pas de pompe à transmission hydraulique ou de pompe à pied, mais les contraintes sont
similaires pour une pompe à pied. Pour une hydropompe, on oubliera les contraintes de conception
liées à un piston, un chemisage, ou à des surfaces de contact. On ajoutera par contre une contrainte
forte sur la qualité du latex de la baudruche, qui est la pièce maîtresse. Si la baudruche est percée, il
faudra dans la majorité des cas la remplacer.
Chaque année, il convient de sortir le cylindre de la pompe qui est en fond de forage pour le nettoyer.
Il faudra d’abord démonter la tête de la pompe, puis sortir les éléments de la tige un à un, sans jamais
lâcher le corps de tige. Si les éléments sont vissés, on les dévissera un à un avant de les déposer
dans l’ordre sur une bâche (préla, tarpaulin) préalablement nettoyée avec de la solution B. Il
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conviendra de se reporter au manuel d’entretien de la pompe pour des informations plus spécifiques :
en effet, une pompe à baudruche n’a pas de tige, la procédure sera différente.
Un exemple de fiche permettant de déterminer l’origine de soucis sur une pompe spécifique (India
Mark II) se trouve dans le Tableau 7-3. On trouvera des informations pour une pompe à baudruche
(Vergnet HPV-60 par exemple) dans le Tableau 5.
Tableau 7-3 : Identification des défauts de fonctionnement sur une pompe de type India Mark II ou III
Défaut Causes Remèdes Niveau d’intervention
La pompe bouge lorsque Les boulons d’embase
Boulons à resserrer ou à
l’on manœuvre le bras sont desserrés ou Populations locales
changer
cassés
L’embase est descellée Resceller l’embase Réparateur agréé
Le débit est nul
Le bras est libre, il n’est La tige de commande Resserrer le filetage de la
retenu à rien (tringle du haut) est tringle supérieure ou le premier Populations locales
dévissée manchon
Existence d’un bruit La tringle est cassée
métallique dans la partie haute
Changer la 1ere tringle Réparateur agréé
entre l’axe et le 1er
manchon
Le bras est normal La crépine est hors de Tout démonter et allonger la
Réparateur agréé
l’eau tuyauterie
Absence de bruit suspect Le clapet de retenue du
Réparer ou changer le clapet
piston (raccord) ne Réparateur agréé
défectueux
fonctionne pas
Le débit est faible
Le bras est dur Tout démonter et changer le
Le piston est coincé Réparateur agréé
corps de la pompe
Le bras est normal Démonter le corps de pompe,
Le joint en cuir du
débloquer voire changer le Réparateur agréé
piston est usé
piston, le cylindre, voire le joint
L’eau est trouble La crépine est trop près Remonter légèrement la
du fond et aspire de la colonne de tuyau pour la rendre Réparateur agréé
boue plus courte
L’eau est longue à venir Présence de fuites sur Revisser les tuyaux de
Réparateur agréé
la colonne refoulement
Le débit est normal
La pompe est bruyante et Le réglage de l’axe de
Régler l’axe Populations locales
le bras est dur tringle n’est pas bon
La pompe se désamorce Arrêter le pompage et contacter
Le puits se tarit Réparateur agréé
les autorités responsables
(Source du tableau précédent : Comité Interafricain d’Etudes hydrauliques, Utiliser une pompe
manuelle -Manuel de formation des formateurs villageois – Le point d’eau au village : aménagement ;
utilisation ; entretien – série hydraulique villageoise livret 3, GH Géohydraulique, CINAM – date non
connue)
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Tableau 7-4: Défauts de fonctionnement et entretien sur une pompe de type Vergnet
Niveau
Défaut Causes Remèdes
d’intervention
Il faut relever à la main la
pédale trop souvent pendant Segments usés Remplacer les segments Population locale
le pompage
La pédale n’est absolument
Désamorçage du circuit
plus dure : elle bat dans le Réamorcer la pompe Population locale
de commande
vide
Jeu excessif de la pédale Bague de guidage usée Remplacer la bague de
Population locale
dans la bague de guidage (eau sableuse) guidage
Impossibilité de remplir le
circuit de commande d'eau Fuite dans le circuit de Vérifier le circuit de
Réparateur agréé
pour amorcer ou réamorcer la commande commande
pompe
Ecroux de fixation
La fontaine bouge sur la Resserrer les écrous Population locale
desserrés
margelle
Embase descellée Resceller l'embase Réparateur agréé
(Source du tableau précédent : Comité Interafricain d’Etudes hydrauliques, Utiliser une pompe
manuelle -Manuel de formation des formateurs villageois – Le point d’eau au village : aménagement ;
utilisation ; entretien – série hydraulique villageoise livret 3, GH Géohydraulique, CINAM – date non
connue)
Plusieurs solutions ont été adoptées en Afrique afin de surmonter certaines de ces difficultés.
Notamment l'établissement de programmes d'entretien périodique par des équipes volantes qui
effectuent des campagnes d'entretien couvrant quelques douzaines de pompes à l'intérieur d'un
district (formule qui s'est avérée inefficace et coûteuse).
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Une autre solution préconisée serait de mettre en place un système d'entretien à deux niveaux,
comportant :
D’une part, un organisme central chargé de l'installation et de l'approvisionnement des pièces
de rechange, de la formation, du transport (par exemple : cet organisme peut être privé ou une
coopérative/fédération de CPE ou partenariat publique/privé)
D'autre part, des ouvriers spécialisés (dûment formés) qui assurent les travaux d'entretien et
de remplacement habituels (membres du CPE ou des professionnels du secteur).
Si l’exploitant ne possède pas la compétence pour l’entretien d’un modèle de pompe particulier, il
devra obligatoirement passer un contrat de maintenance avec une entreprise spécialisée ou un
professionnel au niveau régional ou national.
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