X.3 Analyse des sols et des eaux souterraines

Une connaissance solide des caractéristiques du sol et des eaux souterraines est importante pour planifier des interventions d’assainissement. Ces caractéristiques sont un paramètre clé dans la sélection des technologies, en particulier lorsque l’on envisage d’utiliser les propriétés d’infiltration du sol, comme pour les latrines à fosse simple S.3 ou les puits d’infiltration D.10 . Les sols fortement perméables sont intéressants d’un point de vue technique, mais peuvent se révéler problématiques au niveau sanitaire et environnemental en raison du risque de contamination des nappes phréatiques. Les sols compacts et imperméables comme les sols argileux peuvent limiter fortement, voire totalement, l’infiltration et par conséquent le drainage des effluents. La perméabilité du sol a donc un impact direct sur le taux de remplissage des fosses et sur la qualité des boues de vidange. Le risque le plus important est de contaminer la nappe phréatique utilisée pour l’eau potable avec des agents pathogènes d’origine fécale. Lorsque les toilettes à fosse simple sont fortement concentrées dans une zone et que des aquifères peu profonds sont utilisés comme source d’eau potable, la concentration en nitrate peut également poser un risque sanitaire. Selon les Directives de l’OMS, celle-ci ne doit pas dépasser 50 mg/L d’eau potable.

Lors de la construction d’un camp ou du regroupement de nombreuses personnes, il arrive que de nombreux arbres soient abattus. Le sol peut alors perdre de sa perméabilité en raison du tassement, ce qui accroît le ruissellement des eaux pluviales et les risques d’inondation. La diminution de l’infiltration des eaux se traduit alors par une moindre recharge des aquifères peu profonds. Dans le même temps, l’installation d’infrastructures d’assainissement augmente le risque de contamination des eaux. Les puits d’eau potable peuvent être contaminés bactériologiquement de deux manières: via les eaux de ruissellement et via les mouvements des eaux souterraines.

Pour évaluer le risque de contamination d’une source d’eau, on peut calculer le temps de parcours des effluents depuis les toilettes jusqu’à cette source. Il faut identifier le type de sol et la direction de l’écoulement des eaux de l’aquifère. Celle-ci dépend de la pente de l’aquifère, qui a également un impact direct sur la vitesse de déplacement des eaux souterraines. Pour réduire le risque de contamination bactériologique d’une source, les eaux contaminées percolant des fosses de latrines doivent subir un voyage d’une durée minimale de 25 jours dans la zone saturée de l’aquifère. L’eau qui s’infiltre depuis la surface à travers la zone non-saturée s’écoule généralement plus vite que l’eau souterraine dans la zone saturée. Dans la figure ci-dessous, le plan d’eau H1 est plus élevé que le plan d’eau H2, ce qui signifie que les eaux souterraines s’écoulent de gauche à droite en raison du gradient hydraulique. Le puits est donc exposé à une contamination par les eaux souterraines provenant des latrines 1. Le puits est également exposé à une contamination via les eaux de surface s’écoulant des latrines 2, qui se situent sur un promontoire surplombant le puits. Le pompage crée un cône de dépression dans la nappe phréatique (surligné en bleu foncé), qui peut localement inverser le flux de l’eau, auquel cas les eaux percolant des latrines 2 pourraient également contaminer le puits via un cheminement souterrain.

De petites quantités d’eaux usées qui pénètrent dans le sol peuvent mettre du temps à traverser la zone non-saturée de l’aquifère. Cependant, une zone non-saturée humide entraînera une multiplication de la vitesse de transport, une baisse du taux de destruction des agents pathogènes et une augmentation du risque de contamination. Il faut donc tenir compte de la taille des installations sanitaires et du volume des eaux usées susceptibles de pénétrer dans le sol, ainsi que de l’impact potentiel des eaux pluviales.

Voies de contamination potentielles des eaux de surface et des eaux souterraines

Test de percolation

Un test de percolation permet d’évaluer la vitesse de circulation, et donc d’infiltration, des eaux contaminées dans le sol. Il s’agit d’un test facile à réaliser sur le terrain et qui fournit des informations essentielles pour concevoir une stratégie d’approvisionnement en eau et/ou d’assainissement. Il existe différentes méthodes, chacune étant associée à un tableau de concordance entre les observations et les taux d’infiltration. Les tests de percolation sont effectués pour déterminer si un site donné convient à la réalisation de certains projets comme la construction de toilettes, de réservoirs et de décharges. Un test de percolation est effectué essentiellement en creusant un trou avec une pelle ou une tarière, en le remplissant avec de l’eau jusqu’à une profondeur donnée et en mesurant le temps nécessaire à l’eau pour s’infiltrer. Le fond du trou réalisé dans le cadre du test doit être à la même profondeur que le fond des fosses envisagées, afin de créer des conditions de percolation relativement similaires. Après excavation, le fond du trou doit être recouvert de 5 cm de gravier, pour éviter tout colmatage pendant le test. Ce dernier doit être effectué au moins 12 heures après voir déjà rempli le trou d’eau, c’est-à-dire sur un sol humide et saturé, et non sur un sol sec. Cette procédure doit être respectée pour que le sol ait le temps de gonfler et de se rapprocher des conditions réelles une fois que le système d’assainissement sera en service.

Le tableau suivant indique des taux d’infiltration indicatifs pour l’eau propre et les eaux usées dans différents types de sols et des descriptions simples pour faciliter la caractérisation des sols. Les sols se répartissent en deux grandes catégories: (1) les sols granulaires et (2) les sols fissurés et fracturés. Dans les sols granulaires, les taux d’infiltration des eaux usées sont beaucoup plus faibles que ceux de l’eau propre et sont susceptibles de diminuer avec le temps, à mesure que le sol sature et se colmate. L’infiltration se produit également à travers les parois de la fosse, à un angle d’environ 45°.

Par exemple si, pendant l’essai de percolation, le niveau de l’eau baisse de 12 mm en 30 minutes, le taux d’infiltration est alors de 12/30 × 60 × 24 = 576 mm/jour (valeur typique pour le loam sableux - cf. tableau ci-dessous). La valeur en mm/jour est toujours égale à la valeur en L/m²/jour. Pour que les puits d’infiltration ou les latrines à fosse simple fonctionnent correctement, le taux d’infiltration de l’eau propre doit être au minimum de 120 mm/jour.

Tableau: Taux d’infiltration dans le sol (adapté de Reed et Dean, 1994)
Type de sol Description Taux d'infiltration 
(L/m2/jour) ou (mm/jour)
Eau propre Eaux usées
Gravier, sable grossier et moyen La terre humide ne colle pas 1500 à 2400 50
Sable fin et loam sableux La terre humide colle, mais ne forme pas de boule 720 à 1500 33
Loam sableux et loam La terre humide forme une boule, mais reste granuleuse lorsqu’on la frotte entre les doigts 480 à 720 25
Loam, loam limoneux poreux La terre humide forme une boule qui se déforme facilement et est lisse entre les doigts 240 à 480 20
Loam limoneux argileux La terre humide forme une boule solide qui s’étale lorsqu’on la frotte mais ne brille pas 120 à 240 10
Argile La terre humide est comme de la pâte à modeler et elle est très collante lorsqu’elle est mouillée 24 à 120 Pas adapté pour les puits d'infiltration

 

Eaux qui ont été utilisées pour des activités domestiques, industrielles, commerciales ou agricoles, ainsi que les eaux de ruissellement, les eaux pluviales et toute entrée d’eau ou infiltration dans les égouts.

Niveau de la nappe phréatique

Le niveau de la nappe phréatique peut être estimé par l’observation des puits voisins, de la végétation environnante (certaines plantes et certains arbres indiquent la présence d’une nappe phréatique élevée) et à travers des entretiens avec les habitants. Les variations saisonnières doivent également être prises en compte, car les fosses qui sont déhydatrées durant la saison sèche peuvent se remplir d’eau pendant la saison des pluies, voire être inondées. Une pollution dans un aquifère se déplace dans le sens d’écoulement des eaux souterraines (qui est principalement horizontal). Si un puits est construit dans cet aquifère, l’eau doit être prélevée plus profondément que la zone polluée, en s’assurant que le taux de prélèvement ne soit pas assez fort pour aspirer l’eau polluée dans le puits. Les forages doivent être étanches dans la partie qui traverse la zone polluée. En cas de risque de pollution d’une nappe phréatique peu profonde, il est recommandé de réduire la profondeur des fosses et/ou de construire des latrines surélevées S.7 ou encore de sélectionner d’autres technologies de stockage/traitement hors sol. En règle générale, si l’on constate qu’une source d’eau est contaminée par un grand nombre de latrines, il est plus facile de changer de source d’eau que de changer le système d’assainissement. Il convient de rappeler que la contamination de l’eau potable se produit aussi très souvent au point de prélèvement, pendant le transport et le stockage, et au point d’utilisation, en raison de l’utilisation de dispositifs de collecte et de stockage non-hygiéniques et d’une mauvaise hygiène personnelle.

Mesures d'atténuation visant à réduire le risque de contamination microbiologique

Si le diagnostic des sols et des eaux souterraines montre qu’il y a un risque réel de contamination de source(s) d’eau par les latrines, plusieurs solutions peuvent être envisagées:

  • Construction de latrines surélevées S.7 ;
  • En cas de nappe phréatique élevée ou de zone inondable, le dispositif de stockage/traitement doit être étanche afin de limiter au maximum le risque de contamination des eaux souterraines et de l’environnement. Le transport des effluents doit être réalisé en toute sécurité ;
  • Les ressources en eaux de surface comme les puits doivent être protégées afin de réduire le risque de contamination via la surface du sol. Les mesures de protection sont notamment : le prélèvement d’eau plus profondément que la zone contaminée, la construction d’un muret de protection autour du puits pour empêcher les eaux d’y pénétrer en cas d’inondation, l’étanchification des parois du puits à l’aide d’argile ou d’un matériau similaire pour empêcher les eaux de ruissellement de s’y introduire ;
  • Lorsque la distance entre une fosse et les ressources en eau est insuffisante, un plan de gestion de la sécurité sanitaire de l’eau (water safety plan) doit être mis en œuvre pour minimiser le risque de contamination ;
  • Chloration de l’eau potable;
  • Changement de source d’eau.
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