MANUEL DE TECHNOLOGIE (APPROVISIONNEMENT ET TRAITEMENT D’EAU), 4ÈME ANNÉE, OPTION PLOMBERIE

Edition 2025 / Enseignement primaire, secondaire et technique en RDC

PRELIMINAIRES

0.1. Objectifs Généraux du Cours

Ce cours vise à doter l’élève de quatrième année des compétences théoriques et technologiques nécessaires pour comprendre, concevoir et maintenir les systèmes d’approvisionnement en eau potable et les stations de traitement élémentaires. L’enseignement articule les principes de l’hydraulique fondamentale avec les réalités techniques des infrastructures congolaises, en mettant un accent particulier sur l’autonomie des installations en milieu urbain et rural. L’apprenant développera une maîtrise des matériaux, des équipements de pompage et des protocoles de potabilisation, préparant ainsi les interventions pratiques sur les châteaux d’eau et les systèmes hydrophores prévues au profil de sortie.

0.2. Consignes de Sécurité et Hygiène (EPI)

La manipulation des équipements hydrauliques et des agents chimiques de traitement exige une rigueur absolue en matière de sécurité individuelle et collective 🦺. Le port des équipements de protection individuelle, incluant les gants en nitrile pour les manipulations chimiques, les chaussures de sécurité renforcées pour les chantiers de pose de canalisations et les lunettes de protection lors des opérations de soudure ou de découpe, est obligatoire. L’hygiène sur le chantier sanitaire est primordiale pour éviter toute contamination des réseaux d’eau potable, imposant la désinfection systématique des outillages et des extrémités de tuyauterie avant l’assemblage.

0.3. Outillage et Matériel Didactique

L’enseignement s’appuie sur l’utilisation précise d’un outillage spécialisé adapté aux technologies de plomberie modernes et traditionnelles 🛠️. La trousse de l’apprenant doit contenir les instruments de mesure de pression (manomètres), les outils de coupe et de filetage pour les métaux ferreux, ainsi que les dispositifs de soudure pour les matériaux thermoplastiques. L’atelier doit disposer de maquettes pédagogiques simulant les cycles de pompage et de bancs d’essai pour les vannes et clapets, permettant une visualisation concrète des phénomènes hydrauliques étudiés.

0.4. Bibliographie et Sources de Référence

Le contenu pédagogique est élaboré sur la base du Programme National de l’Enseignement Technique de la RDC, enrichi par les manuels de référence en hydraulique urbaine et génie sanitaire. Les normes de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) concernant la qualité de l’eau de boisson et les directives de la REGIDESO sur les standards de raccordement constituent les piliers normatifs de ce manuel. Les fiches techniques des fabricants de pompes et de tuyauterie disponibles sur le marché congolais complètent la documentation technique.

PARTIE I : RESSOURCES HYDRIQUES ET TECHNIQUES DE CAPTAGE 💧

L’approvisionnement en eau débute par une compréhension approfondie de la ressource brute disponible dans l’environnement varié de la République Démocratique du Congo. Cette première partie explore le cycle hydrologique, l’identification des nappes aquifères et les technologies de captage adaptées aux contextes géologiques spécifiques, allant des zones volcaniques du Nord-Kivu aux bassins sédimentaires de la Cuvette centrale. Elle pose les fondations théoriques nécessaires au dimensionnement des ouvrages de prise d’eau.

Chapitre 1 : Hydrologie et Cycle de l’Eau en RDC

1.1. Le Cycle Hydrologique et ses Composantes

L’étude du cycle de l’eau englobe l’analyse détaillée des mécanismes d’évaporation, de condensation, de précipitation et d’infiltration qui régissent la disponibilité de la ressource. Les spécificités du climat équatorial et tropical humide de la RDC sont examinées pour comprendre la recharge des nappes phréatiques et le régime des cours d’eau. La quantification des apports pluviométriques permet d’évaluer le potentiel de récupération des eaux de pluie pour les usages domestiques.

1.2. Cartographie des Ressources en Eau de la RDC

Cette section dresse un inventaire technique des principaux bassins hydrographiques du pays, notamment le fleuve Congo et ses affluents majeurs comme le Kasaï et l’Oubangi 🗺️. L’analyse porte sur la répartition géographique des réserves d’eau douce, identifiant les zones d’abondance et les régions soumises au stress hydrique saisonnier. L’étude des débits et des variations saisonnières est cruciale pour planifier des installations de pompage pérennes et résilientes face aux étiages.

1.3. Caractéristiques Physico-chimiques de l’Eau Brute

La distinction entre les différentes qualités d’eau naturelle est établie par l’analyse des paramètres physiques, chimiques et biologiques. Les élèves apprennent à identifier la turbidité, le pH, la dureté et la conductivité des eaux de surface par rapport aux eaux souterraines. La compréhension de la minéralisation des eaux dans les zones calcaires du Katanga ou granitiques du Bas-Uélé oriente le choix des matériaux de tuyauterie pour éviter la corrosion ou l’entartrage précoce.

1.4. Protection des Zones de Captage

La pérennité d’un système d’approvisionnement repose sur la sécurisation rigoureuse des périmètres de captage contre les pollutions anthropiques et naturelles 🛡️. Les normes de délimitation des périmètres de protection immédiate, rapprochée et éloignée sont détaillées, incluant les techniques de drainage de surface et de clôture. L’enseignement intègre les aspects légaux du Code de l’eau en RDC concernant la préservation des sources et la responsabilité des installateurs sanitaires.

Chapitre 2 : Technologie des Captages d’Eaux Souterraines

2.1. Aménagement des Sources Naturelles

L’aménagement d’une source nécessite la construction d’ouvrages de captage précis tels que les chambres de captage, les bassins de décantation et les regards de visite. Les techniques de maçonnerie étanche et de drainage par barbacanes sont enseignées pour maximiser le débit capté tout en évitant les retours d’eaux de ruissellement. Des exemples pratiques d’aménagement de sources dans les collines du Sud-Kivu illustrent l’adaptation des techniques aux reliefs accidentés.

2.2. Fonçage et Équipement des Puits Modernes

La réalisation de puits modernes implique la maîtrise des techniques d’excavation sécurisée, de busage en béton armé et de curage du fond. L’étude technique couvre le dimensionnement des buses, la mise en place du massif filtrant en gravier calibré et la construction de la margelle de protection sanitaire. Les élèves apprennent à calculer la profondeur optimale pour atteindre la nappe phréatique stable en évitant les fluctuations saisonnières.

2.3. Techniques de Forage et Tubage

Le forage représente la solution technique pour l’exploitation des aquifères profonds, nécessitant une connaissance des méthodes de forage rotatif et au marteau fond-de-trou 🚜. Le cours détaille les étapes de tubage, de cimentation de l’espace annulaire et de développement du forage par air-lift pour décolmater les venues d’eau. L’accent est mis sur le choix des crépines en fonction de la granulométrie du terrain pour garantir un débit clair et durable.

2.4. Maintenance et Réhabilitation des Captages

La maintenance préventive et curative des ouvrages de captage assure la longévité des installations et la qualité constante de l’eau. Les procédures de nettoyage périodique, de chloration de choc des puits contaminés et de régénération des forages colmatés sont décrites étape par étape. L’analyse des signes de vieillissement des ouvrages, comme les fissures ou l’ensablement, permet de diagnostiquer les besoins en réhabilitation avant la défaillance totale.

Chapitre 3 : Captage des Eaux de Surface et Pluviales

3.1. Prise d’Eau en Rivière et Lac

La conception des ouvrages de prise d’eau en surface requiert l’installation de crépines d’aspiration, de vannes de garde et de dispositifs de protection contre les corps flottants. Les techniques d’ancrage des conduites d’aspiration dans les courants fluviaux, comme ceux du fleuve Congo à Kinshasa, sont étudiées pour résister aux forces hydrodynamiques. La gestion des niveaux variables des plans d’eau impose l’utilisation de systèmes de captage flottants ou de tours de prise d’eau à niveaux multiples.

3.2. Systèmes de Récupération des Eaux de Pluie

La valorisation des eaux pluviales constitue une alternative durable, nécessitant le dimensionnement précis des surfaces de toiture et des gouttières collectrices 🌧️. Le cours aborde les technologies de filtration primaire par séparateurs à bascule ou filtres à panier pour éliminer les débris végétaux avant le stockage. Le calcul des volumes de stockage en citerne est basé sur les données pluviométriques locales et les besoins journaliers du ménage.

3.3. Barrages et Retenues Collinaires

La création de petites retenues d’eau pour l’approvisionnement communautaire implique des notions de génie civil appliquées à la construction de digues en terre ou en maçonnerie. L’étude des déversoirs de crue et des vannes de vidange de fond est essentielle pour garantir la sécurité de l’ouvrage. Les élèves examinent les impacts environnementaux et les mesures de protection des berges contre l’érosion.

3.4. Filtration sur Berges et Drains

La filtration sur berges utilise la capacité épuratrice naturelle des sols alluvionnaires pour pré-traiter l’eau de rivière avant son pompage. Les techniques de pose de drains rayonnants ou de galeries filtrantes parallèles aux cours d’eau sont expliquées comme des solutions économiques pour améliorer la qualité de l’eau brute. Cette méthode est particulièrement pertinente pour les agglomérations situées le long des grandes rivières du bassin du Congo.

PARTIE II : TRAITEMENT ET POTABILISATION DE L’EAU 🧪

Une fois l’eau captée, elle doit subir des transformations physico-chimiques pour répondre aux normes de potabilité et protéger la santé publique. Cette partie développe les procédés technologiques de clarification, de filtration et de désinfection, adaptés aux échelles domestiques et semi-industrielles. L’approche privilégie les méthodes robustes et applicables avec des matériaux disponibles localement, tout en intégrant les principes scientifiques de la chimie de l’eau.

Chapitre 4 : Procédés Physiques de Prétraitement

4.1. Dégrillage et Tamisage

Le dégrillage constitue la première étape de protection des équipements électromécaniques en retenant les gros déchets solides transportés par l’eau brute. La conception de grilles manuelles et automatiques, incluant l’espacement des barreaux et l’inclinaison pour le nettoyage, est détaillée. Le tamisage fin complète cette opération pour les eaux chargées en matières en suspension, prolongeant ainsi la durée de vie des pompes et des filtres en aval.

4.2. Dessablage et Dégraissage

L’élimination des sables et des particules abrasives est cruciale pour prévenir l’usure prématurée des turbines de pompes et l’envasement des conduites. Le fonctionnement des dessableurs longitudinaux et circulaires est expliqué par les principes de la sédimentation différentielle. Les techniques de dégraissage par flottation sont abordées pour le traitement des eaux de surface contaminées par des hydrocarbures ou des huiles en zones urbaines.

4.3. Aération et Oxydation

L’aération de l’eau vise à éliminer les gaz dissous indésirables comme le dioxyde de carbone et l’hydrogène sulfuré, tout en précipitant le fer et le manganèse solubles 🌬️. Les technologies de cascade, de tuyères d’injection et d’aérateurs mécaniques sont comparées en termes d’efficacité de transfert d’oxygène. Ce procédé est indispensable pour traiter les eaux souterraines ferrugineuses fréquentes dans certaines régions de la RDC, améliorant ainsi le goût et la couleur de l’eau.

4.4. Coagulation et Floculation

La déstabilisation des particules colloïdales nécessite l’ajout précis de réactifs chimiques coagulants tels que le sulfate d’alumine. Le cours décrit les mécanismes de formation des flocs et les conditions hydrauliques de mélange rapide et lent dans les floculateurs. L’utilisation de coagulants naturels locaux, comme les graines de Moringa, est explorée comme alternative écologique pour les petites installations rurales.

Chapitre 5 : Clarification et Filtration

5.1. Décantation Statique et Lamellaire

La séparation gravitaire des matières en suspension s’opère dans des décanteurs dont le dimensionnement dépend de la vitesse de chute des particules. L’étude compare les décanteurs statiques traditionnels aux décanteurs lamellaires compacts, qui augmentent la surface de décantation pour un même volume d’ouvrage. La gestion des boues de décantation, leur extraction et leur séchage font partie intégrante de l’exploitation de la station.

5.2. Filtration Rapide sur Sable

La filtration rapide sur lit de sable est le cœur du traitement de l’eau, retenant les particules fines non décantées. Les paramètres de granulométrie du sable, de vitesse de filtration et de perte de charge sont analysés pour optimiser les cycles de fonctionnement. Les élèves apprennent les protocoles de rétrolavage des filtres par injection d’eau et d’air pour décolmater le média filtrant sans le perdre.

5.3. Filtration Lente et Biologique

La filtration lente reproduit le processus naturel de purification à travers une couche biologique active, idéale pour les communautés rurales sans accès facile aux réactifs chimiques. La construction et l’entretien de la membrane biologique (« Schmutzdecke ») sont expliqués pour garantir une élimination efficace des bactéries pathogènes. Cette technologie robuste est mise en avant pour sa simplicité opérationnelle et son faible coût de maintenance.

5.4. Traitements Spécifiques (Charbon Actif, Membranaires)

Pour les pollutions organiques persistantes ou les micropolluants, l’adsorption sur charbon actif est présentée comme une solution d’affinage 🔬. Les notions de base sur les technologies membranaires, telles que l’osmose inverse et l’ultrafiltration, sont introduites pour préparer les élèves aux technologies avancées utilisées dans l’industrie minière ou les hôpitaux. L’entretien des cartouches filtrantes et la surveillance de la saturation des médias adsorbants sont des compétences clés.

Chapitre 6 : Désinfection et Contrôle Qualité

6.1. Chloration et Dérivés du Chlore

La désinfection finale garantit l’absence de microorganismes pathogènes dans l’eau distribuée. Le dosage du chlore, sous forme gazeuse, liquide (eau de Javel) ou solide (hypochlorite de calcium), est calculé pour assurer un chlore résiduel protecteur dans le réseau. Les élèves manipulent les équipements de dosage, tels que les pompes doseuses et les chlorateurs gravitaires, en respectant les temps de contact nécessaires pour l’inactivation virale et bactérienne.

6.2. Stérilisation par Rayonnement UV et Ozone

Les alternatives à la chloration chimique, comme les réacteurs à ultraviolets (UV) et l’ozonation, sont étudiées pour leurs applications spécifiques où le goût du chlore doit être évité ☀️. Le fonctionnement des lampes UV, leur maintenance et l’importance de la turbidité de l’eau sur l’efficacité du traitement sont détaillés. Ces technologies sont présentées dans le contexte des installations hôtelières ou industrielles exigeant une eau de haute pureté.

6.3. Analyse de l’Eau et Paramètres de Potabilité

Le contrôle de la qualité de l’eau repose sur l’utilisation de trousses d’analyse de terrain pour mesurer le pH, la turbidité, le chlore résiduel et la conductivité. L’interprétation des résultats par rapport aux normes congolaises et de l’OMS permet de valider la conformité de l’eau produite. La tenue d’un registre de qualité et la fréquence des échantillonnages sont enseignées comme des pratiques professionnelles indispensables.

6.4. Correction de l’Aggressivité et Corrosivité

L’équilibre calco-carbonique de l’eau détermine son caractère entartrant ou agressif vis-à-vis des canalisations. Les méthodes de neutralisation par passage sur marbre ou injection de chaux sont expliquées pour protéger les réseaux de distribution contre la corrosion perforante. La compréhension de cet équilibre chimique est vitale pour la durabilité des infrastructures métalliques installées par le plombier.

PARTIE III : STOCKAGE, POMPAGE ET RÉSEAUX DE DISTRIBUTION ⚙️

Cette dernière partie connecte la théorie à la pratique professionnelle centrale de la 4ème année : l’installation et la maintenance des systèmes de mise en pression et de stockage. Elle couvre la technologie des pompes, le dimensionnement des réservoirs et la mise en œuvre des réseaux de distribution, intégrant la connaissance des matériaux métalliques et synthétiques. C’est ici que l’élève apprend à concrétiser l’alimentation en eau d’un bâtiment ou d’un quartier.

Chapitre 7 : Technologie des Pompes et Hydrophores

7.1. Classification et Fonctionnement des Pompes

L’univers des pompes hydrauliques est exploré en distinguant les pompes centrifuges, volumétriques et immergées. Le principe de fonctionnement, basé sur la transformation de l’énergie mécanique en énergie hydraulique, est décortiqué pour chaque type. Les courbes caractéristiques débit-pression sont analysées pour sélectionner la pompe adaptée à la hauteur manométrique totale (HMT) requise par l’installation.

7.2. Installation et Réglage des Groupes Hydrophores

Le groupe hydrophore est l’équipement clé pour maintenir une pression constante dans les réseaux domestiques et industriels. L’installation du ballon à vessie, le réglage du pressostat (enclenchement/déclenchement) et le gonflage de la précharge d’air sont des compétences pratiques essentielles. Les élèves apprennent à diagnostiquer les cycles courts de pompage et à remplacer les membranes défectueuses.

7.3. Entretien Mécanique et Électrique des Pompes

La maintenance des pompes inclut la vérification des garnitures mécaniques, le graissage des roulements et le contrôle de l’alignement de l’arbre 🔧. Les aspects électriques, tels que le branchement des moteurs, la protection par relais thermique et la vérification du sens de rotation, sont intégrés. La résolution des pannes courantes, comme le désamorçage ou la cavitation, prépare l’élève aux interventions de dépannage sur le terrain.

7.4. Pompage Solaire et Solutions Alternatives

Dans les zones non raccordées au réseau électrique, le pompage solaire photovoltaïque représente une solution technique d’avenir. Le dimensionnement des panneaux solaires, le choix des pompes à courant continu et l’installation des onduleurs sont abordés. L’étude inclut également les béliers hydrauliques pour le pompage sans énergie externe dans les zones à fort relief.

Chapitre 8 : Ouvrages de Stockage et Châteaux d’Eau

8.1. Conception et Dimensionnement des Réservoirs

Le calcul du volume de stockage nécessaire pour compenser les fluctuations de la demande horaire et assurer une réserve incendie est la base de la conception des réservoirs. Les différents types de réservoirs (enterrés, semi-enterrés, sur tour) sont comparés en fonction des contraintes topographiques et de pression. L’accent est mis sur l’étanchéité des structures en béton armé ou en maçonnerie et l’utilisation de cuves préfabriquées en polyéthylène.

8.2. Équipements Hydrauliques des Réservoirs

Un réservoir opérationnel nécessite une série d’équipements hydrauliques : conduite d’alimentation, trop-plein, vidange de fond et prise d’eau avec crépine flottante. L’installation des vannes à flotteur pour la régulation automatique du niveau et des évents pour la ventilation est détaillée. Les schémas de tuyauterie (bypass, vannes d’isolement) autour du château d’eau sont dessinés et analysés pour permettre la maintenance sans coupure totale.

8.3. Maintenance et Nettoyage des Cuves

L’hygiène des réservoirs d’eau potable exige des protocoles de nettoyage et de désinfection périodiques rigoureux. Les procédures de vidange, de brossage des parois, d’évacuation des sédiments et de désinfection au chlore concentré sont décrites. La sécurité des intervenants dans les espaces confinés est rappelée, insistant sur la ventilation et la surveillance de l’atmosphère avant toute pénétration.

8.4. Tour d’Eau et Surpresseurs

Lorsque la hauteur du château d’eau est insuffisante pour garantir la pression aux étages supérieurs, l’utilisation de surpresseurs en ligne est nécessaire 🏢. Le couplage entre le stockage gravitaire et la surpression mécanique est étudié pour optimiser la consommation énergétique. Les élèves conçoivent des systèmes hybrides assurant la continuité de service même en cas de panne électrique partielle.

Chapitre 9 : Matériaux de Tuyauterie et Réseaux de Distribution

9.1. Métaux Ferreux et Non-Ferreux en Plomberie

Ce sous-chapitre approfondit la connaissance des matériaux métalliques (acier galvanisé, cuivre, fonte ductile) utilisés dans les réseaux d’adduction, conformément au programme de technologie de 4ème année. Les propriétés de résistance mécanique, de dilatation thermique et de résistance à la corrosion de chaque métal sont étudiées. Les techniques d’assemblage spécifiques, comme le filetage de l’acier galvanisé ou le brasage du cuivre, sont liées aux applications de transport d’eau potable.

9.2. Matériaux de Synthèse (PVC, PEHD, PPR)

L’évolution vers les matériaux plastiques nécessite la maîtrise des tubes en PVC pression, polyéthylène haute densité (PEHD) et polypropylène (PPR). Les techniques d’assemblage par collage, soudure au miroir et polyfusion sont détaillées avec précision. La sélection du matériau adéquat en fonction de la pression de service (PN), de l’exposition aux UV et de la nature du sol est un critère de compétence majeur.

9.3. Accessoires de Robinetterie et de Raccordement

La diversité des organes de sectionnement (vannes à opercule, robinets à tournant sphérique), de régulation (réducteurs de pression) et de protection (clapets anti-retour, ventouses) est cataloguée. L’élève apprend à identifier, sélectionner et installer chaque accessoire à l’emplacement stratégique du réseau. La compréhension du rôle de chaque pièce dans la gestion hydraulique globale du système est vérifiée par des exercices de lecture de plans.

9.4. Pose de Canalisations et Essais de Pression

La mise en œuvre des réseaux, qu’ils soient enterrés ou apparents, suit des règles strictes de pose : lit de pose, remblayage compacté, et fixation par colliers. Les protocoles d’essais de pression hydrostatique pour valider l’étanchéité du réseau avant la mise en service sont expliqués. La détection des fuites et la réception contradictoire des ouvrages marquent la fin du processus d’installation, garantissant la qualité du travail du plombier.

ANNEXES

A.1. Tableaux de Conversion des Unités Hydrauliques

Des abaques détaillés pour la conversion rapide entre les unités de débit (m³/h, l/s), de pression (Bar, PSI, Pascal, mCE) et de volume sont fournis pour faciliter les calculs sur chantier.

A.2. Schémas Types d’Installation Hydrophore

Une collection de plans isométriques et de schémas de principe illustrant les configurations standards de montage des groupes hydrophores, incluant les bypass et les protections électriques.

A.3. Guide de Dépannage des Pompes

Un tableau synoptique « Symptôme – Cause – Remède » pour le diagnostic rapide des défaillances courantes des pompes centrifuges et immergées, outil indispensable pour la maintenance.

A.4. Glossaire Technique

Un lexique définissant les termes techniques vernaculaires et scientifiques utilisés dans le métier de l’eau et de la plomberie en RDC, assurant une communication professionnelle précise.