Memoire Online - Dimensionnement des pompes de puits d'eau des quartiers residentiels de Kolwezi

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET UNIVERSITAIRE INSTITUT SUPERIEUR TECHNIQUE ET COMMERCIAL

Travail présenté et défendu par TSHIKANDJI MASEHO Junior en vue de l'obtention du grade d'ingénieur technicien Géomineurs.

DIMENSIONNEMENT DES POMPES DE PUITS D'EAU DES QUARTIERS RESIDENTIELS DE KOLWEZI

(Cas de la station de pompage MUTOSHI en vue de
l'alimentation en eau vers le quartier JOLI SITE/ RVA)

« L'eau est le plus beau présent que l'homme peut offrir à son prochain, raison pour laquelle la condition de vie des gens en dépend... »

L'accomplissement de cet ouvrage n'a pas été le fruit ni juste la participation de mes propres efforts, il a reçu la coopération de plusieurs personnes dont il serait stérile de manifester mon désaccord.

A Dieu le père Tout Puissant qui nous a protégés et qui nous protège contre les attaques de l'ennemi en tapissant de son sang le chemin que l'on entreprend et en nous mettant sous l'ombre de ses ailes. Je célébrerai ton nom par des cantiques, je t'exalterai par des louanges afin que le monde voit briller en moi la gloire que ta grâce ne cesse de me donner.

A mes très chers parents KAYEMBE Béard et IHEMBA Chatty, vous représentez pour moi le symbole de la bonté par excellence, la source de tendresse et l'exemple du dévouement qui n'a pas cessé de m'encourager et de prier pour moi. Vos prières et vos bénédictions m'ont été d'un grand secours pour mener à bien mes études. Aucune dédicace ne saurait être assez éloquente pour exprimer ce que vous méritez pour tous les sacrifices que vous n'avez cessé de me donner depuis ma naissance, durant mon enfance et même à l'âge adulte. Vous avez fait plus qu'un parent puisse faire pour que ses enfants suivent le bon chemin dans leur vie et leurs études.

Je vous dédie ce travail en témoignage de mon profond amour. Puisse Dieu, le tout puissant, vous préserver et vous accordez santé, longue vie et bonheur.

A mon grand-père TSHIKANDJI LAMBA, ma grand-mère IZUMBO MASEHO et mon oncle LUTSHA KESHIJINA, les mots ne suffisent guère pour exprimer l'attachement, l'amour et l'affection que je porte pour vous. Mon ange gardien et mon fidèle accompagnant dans les moments les plus délicats de cette vie mystérieuse. Je vous souhaite un avenir plein de joie, de bonheur, de réussite et de sérénité.

A tous les membres de ma cher famille, petits et grands qui n'ont cessé guère de m'encourager dans mes différents parcours, KAMOTSHA Trésor, KAYEMBE Djeni, KAYEMBE Chancel, MWEMA Valentin, YAMBO Annie, KAMANA Marlene, KAJI MUJIMBU, MARIA, IZUELA STANY, ATAL Antho, LWIFI FIFI, KAMWANYA TAABU, ILUNGA MWENZE, SENGHOR, BANZE DJEDO, MUTEB BAUDOUIN , SERGE DIUR, ZISELLE, EDOUARD, FUPA Falonne, VUNDULA Kathy, LUKUNA Irène, tantes et oncles, j'exprime à travers ce travail mes sentiments de fraternité et d'amour, et mes

oncles et tantes, veuillez trouver ma reconnaissance pour tous vos efforts dans ce travail.

Ils vont également à la famille JEAN-CLAUDE KABOLA et MUTOMBO Micheline pour leurs soutiens, vous m'avez accueilli à bras ouvert dans votre famille, en témoignage de l'affection que je porte à votre égard, je vous dédie ce travail. En témoignage de l'attachement, de l'amour et de l'affection que je porte pour vous, malgré la distance, vous êtes toujours dans mon coeur, je vous remercie pour votre hospitalité sans égal et votre affection sincère, je vous dédie ce travail avec tous mes voeux de bonheur, de santé et de réussite.

A toi ma future épouse qui fera partie de ma vie ainsi qu'à notre progéniture.

A mes chers ami(e)s, KAHOZI Médard, TSHIKUT Freddy, BANGALA SUDI, IRUNG Justman, KAZADI Max, BAHATI BUHASHE, Que Dieu réunisse nos chemins pour un long commun serein et que ce travail soit le témoignage de ma reconnaissance et de mon amour sincère et fidèle.

Au terme de notre formation d'Ingénieurs techniciens Géomineurs et par ce travail qui est le couronnement de plusieurs années de dur labeur et d'abnégation, qu'il nous soit permis de nous acquitter de cet agréable devoir de remercier un nombre important des personnes qui méritent notre profonde gratitude pour leur contribution dans l'élaboration de ce travail et à l'édification de la formation reçue.

Nos multiples actions de grâces s'adressent à l'éternel Dieu tout puissant de nous avoir soutenus et manifesté sa grâce durant notre parcours universitaire.

Ma reconnaissance va d'abord et avant tout à Mr. MALINDA (GCM/MGO), Mr. KUMBA (EMI/O), l'Ir. Jonny MUKONKI et l'Ir. KANAMPUBI qui m'ont accueilli à bras ouvert et par la suite de traiter cette recherche. J'aimerais les remercier pour leur grande disponibilité, leurs conseils et suggestions dépassant généralement le cadre de cette recherche. De mon côté, j'espère avoir été à la hauteur de leurs attentes.

J'aimerais remercier tout particulièrement l'Ir. Jonny MUKONKI pour la direction de cette recherche. C'est un plaisir de travailler avec lui et de discuter sur les différentes méthodes et théories de l'hydrogéologie permettant de dimensionner les pompes avec quelqu'un qui connait à fond son domaine et ayant un intérêt marqué pour l'avancement de ce champ scientifique. J'aimerais également le remercier pour m'avoir fait découvrir et aimer sa passion pour l'exhaure.

Je remercie mes professeurs et assistants et tout le corps académique de l'ISTC/Kolwezi notamment : Ct. FWAMBA Guillaume le directeur général, l'Ir. KASONGO Gérard l'académique, Mr. MANDE NKULU, Le directeur de finance, Mr. MWANGALALA l'appariteur et l'Ir. ABELINDA Serge, l'Ir. ILUNGA DEBRINCH, l'Ir. KAUTA Vincent, l'Ir. KALAL Evariste, l'Ir. KANAMPUPI Serge, l'Ir. KAMUSALU Guillot, l'assistant KASHALA Serge, l'Ir. KAYEMBE Bertin, l'Ir. MPUTA Isaac, le géologue MUKOMA Jc, l'Ir. MUKONKI Jonny, l'Ir. NUMBI Gauthier, le géologue TETUSA Jiresse, l'Ir. YOMBO Odilon, l'Ir. ZUMBA Zuth etc... comme assistants, vous nous avez toujours réservé le meilleur accueil, malgré vos obligations professionnelles. Vos encouragements inlassables, votre amabilité, votre gentillesse méritent toute

admiration. Nous saisissons cette occasion pour vous exprimer notre profonde gratitude tout en vous témoignant notre respect.

Je remercie mes collègues de promotion pour le sens du travail et tout le personnel, dont chacun à leur façon, ont su agrémenter ces longues heures de travail. J'aimerais remercier plus particulièrement : BULUNGU Moise, DALAMBA Marlene, KALALA Mitterrand, KAYEYE Ronsard, KUNDA Jonathan, KASONGO Chriso, KABEY Patrick, KABWE Rocky, KAMWENYI Kami, LUBOYA Sylvain, MWENZE TSHIBANGU, MWEWA Alain, MOFIA Faustin, TAMBWE Don, TUMBURIKA Yanick, TSHIKALA Fiston, PUMBULULA Christian...

A vous compagnons de lutte qui n'avez pas croisé le bras pendant ce combat acharné et qui ont toujours été proche de moi pour partager joie et peine quotidienne dont nous citons : BAHATI BUHASHE, BANGALA SUDI, IRUNG Justman, KAHOZI Médard, KAZADI Max, TSHIKUT Freddy, TSHOSHA Marc, MAKONDE Cédrick, KABWIT Jean, MUKENG Mathieu, KABANGU Papy, KAMBAJI Gédéon, NGONGO Franck, MUKUMBI Patient, KONDE Armandine, MAKONGA Degold, BASILA Elie, MWANABUTE Olivier, MALETSHI, MATAND Lucien, MAKIBYA Damaris,...

Je désire sincèrement remercier ma famille (mon père KAYEMBE Béard, ma mère IHEMBA Chatty, mon grand frère KAMOTSHA Trésor, mes petites soeurs Djeni KAYEMBE et Chancel KAYEMBE, mon petit frère MWEMA Valentin) pour leur soutien à plusieurs égards tout au long de mes études. Il est difficile de progresser et d'atteindre ses propres objectifs sans le support de nos proches.

Je veux également exprimer ma reconnaissance à Mr. Daniel MUTSHAILA pour son aide et sa patience de la correction de ce document (syntaxes et orthographes). Je tiens également à le remercier pour son support, sa compréhension et son encouragement tout au long de mes études.

Enfin, que tous ceux qui nous ont soutenus de loin ou de près et dont les noms nous ont échappés par inadvertance trouvent ici l'expression de notre profonde gratitude.

Figure II-4 : relation entre les diamètres des outils rotary et les diamètres de tubage 44

Figure III-1 : images correspondant aux pompes centrifuges(1) et volumétrique(2) 49

Figure IV-2 : image montrant la source de pompage et le quartier à alimenter 74

Figure IV-3 : courbe caractéristique et de rendement de la pompe immergée choisit 77

Tableau II-1: illustration du module pluviométrique de la ville de Kolwezi de 2000 à 2015 18

Tableau II-6 : caractéristiques des principaux diamètres de tubage (API), d'après MABILLOT,

1971.		45
Tableau III-1 : rugosités absolues		66
Tableau III-2 : coefficient des pertes de charges		66
Tableau IV-1 : variation de la Hm		76
Tableau IV-2 : caractéristiques de l'installation	78
Tableau V-1 : prix d'acquisition du matériel		84
Tableau V-2: Détermination des coûts des consommations électrique		86

INTRODUCTION GENERALE

L'eau constitue une denrée essentielle dans la vie de tout individu. Donc, sa maîtrise et sa disponibilité en quantité suffisante et en qualité doivent être une des premières préoccupations d'une quelconque agglomération. Mais, l'amenée de l'eau, son traitement, son stockage, et sa distribution, ainsi que l'ensemble des ouvrages d'évacuation, représentent des capitaux considérables à mobiliser.

L'eau est la source principale de toute vie, c'est pourquoi nous dirons que la population a besoin d'être alimentée, cependant l'absence de l'eau se traduit hélas par des conséquences néfastes sur la population, sa présence au travers la surface du globe, si bien indispensable à la vie humaine et tant d'autres travaux suivant les différents domaines d'exploitation.

L'eau souterraine est souvent considérée comme la ressource la plus appropriée d'eau potable et ses réserves sont amenées à la surface en réhabilitant les puits ou en creusant des nouveaux forages. Étant une source indispensable à la vie, l'eau souterraine bien qu'elle soit cachée et invisible, est fragile et souvent vulnérable aux nombreuses sources de contamination découlant des activités humaines. Le traitement d'une eau souterraine contaminée peut s'avérer long et couteux, voire impossible dans certains cas. Voilà pourquoi il est impérieux de la protéger adéquatement afin de minimiser les risques de contamination qui la menacent.

Les eaux de pluie s'écoulent en surface pour former les rivières, cependant une partie des eaux avant de gagner le lit de celle-ci est absorbée par le sol perméable et forme des nappes souterraines qui reposent sur une couche inferieure imperméable. Ces eaux circulent dans le sol et trouvent des issues vers des points bas formant ainsi des sources. Quant aux eaux souterraines, elles se trouvent sous deux conditions (soit des poches enfermées dans les formations imperméables, (roches granuleuses, sableuses, et isolées), il s'agit des eaux fossiles, soit de la porosité des roches et des réseaux des failles et des cassures en communication avec la surface, facilitant les venues d'eau à la surface avec des divers réservoirs aquifères.

Avec le temps de l'expérience, les hommes ont appris à trouver l'eau dans le sol et à l'exploiter efficacement, les techniques de forage et l'épuisement des puits se sont affinés. Des puits de plus de 1000m jusqu'à 1500m étaient déjà creusés, il y a plus de

2000 ans, des galléries subhorizontales étaient déjà percées dans les flancs des collines pour aller chercher l'eau en son sein.

De nos jours, avec le développement des différentes disciplines scientifiques telles que l'hydrogéologie, nous avons la maitrise pratique des eaux souterraines, ainsi des nombreuses techniques de forage d'eau ont vu le jour avec le progrès technique et industriel.

En effet, l'eau étant trouvée soit à la surface terrestre, soit en souterraine, ceci importe les études de faisabilité caractéristique de l'hydrologie et l'hydrogéologie, ainsi pour permettre une bonne alimentation en eau du sous-sol, une étude de dimensionnement des pompes (qui est notre préoccupation) devient indispensable dans l'évacuation des eaux souterraines vers la surface par moyen de gravité ou des pompes (moyen plus efficace). On remarque que les pompes immergées sont suspendues à des profondeurs croissantes à mesure de pomper en maintenant toujours une hauteur de sécurité.

Finalement le fonctionnement des pompes placées dans les puits contribue au pompage d'eau. Les puits de captage d'eau utilisés éventuellement par les habitants de la région devront faire l'objet d'une attention particulière. Le stockage de ces eaux nécessitera un approvisionnement de leur part.

Notre recherche est une pierre que nous apportons comme contribution scientifique de l'alimentation en eau dans la société. Ce travail aura pour objectif de proposer à cette société le dimensionnement des systèmes d'alimentation par calcul des éléments d'installation des pompes en vue d'alimenter le secteur domestique.

Dans le but d'éviter les redites, de prélever les failles ainsi que les conclusions auxquelles les autres chercheurs ayant abordé le même thème ont abouti, cette phase de la recherche scientifique nous a été d'une importance capitale.

Dans cette rubrique, nous retraçons certaines idées sur les travaux de nos prédécesseurs et nous dirons en quoi notre travail est original ou en quoi consiste notre dépassement.

Ainsi nous voyons des chercheurs tels que J. CAILTEUX 1991, A. FRANCOIS., 1973, CASTANY. G., 1982 « principes et méthodes de l'hydrogéologie » ; KAMULETE, cours d'exploitation des mines à ciel ouvert, 2011 ... ayant bigrement parlé sur le dimensionnement, nous contribuons à ce sujet non seulement un dimensionnement des pompes, mais aussi une alimentation locale de la population en réduisant les cas de risque étant donné que cette dernière en vue de s'approvisionner en eau, doit parcourir une certaine distance dans le but d'atteindre son objectif.

En fournissant des données hydrogéologiques du sous-sol, nous contribuons de la sorte au développement harmonieux de la ville de Kolwezi.

Dans cette étape-ci importante de la recherche scientifique, nous tenons à faire remarquer que le choix que nous avons porté à ce sujet n'est pas le fait du hasard ou d'une complaisance quelconque. Si nous avons choisi ce sujet : « dimensionnement des pompes de puits d'eau »en considérant le cas de la cité Joli site c'est pour prévenir la population à la recherche de l'eau en lui fournissant une quantité d'eau suffisante à leur besoins et d'éviter le tarissement de la nappe, car l'eau provenant de la nappe étant une réserve hydrogéologique est intarissable.

C'est une étude qui intéresse la population du Lualaba en général et celle du quartier JOLI SITE en particulier dans le cadre d'une alimentation en eau d'une manière particulière les puits.

L'intérêt qui nous a animé à faire l'étude de dimensionnement des pompes de puits d'eau est réalisé de manière tout à fait différente, ce qui dépeint des conditions telles que :

? Lutter contre les catastrophes que peut subir le puits tel que le retour en soi de

L'intérêt scientifique reste le même c'est-à-dire celui de répondre aux exigences académiques ou aux autorités académiques qui se sont dévoués pour accompagner l'étudiant tout au long du cursus universitaire afin de fournir à la fin un travail de fin cycle (TFC) digne et cohérent, et livré un fini apte aux formations acquises sur le marché d'ingénieur.

L'eau très présente sur notre terre et indispensable à la survie de tout être vivant, animal ou végétal, n'est pas un liquide banal. Elle reste inaccessible par une portion importante de la population Lualabaise en général et du quartier Jolie site en particulier.

La quantité d'eau consommée par les hommes pour satisfaire leurs besoins domestiques, industriels et agricoles augmente d'année en année. Une grande partie de cette eau est prélevée dans les rivières, les fleuves et lacs, les mines (exhaure), d'autres pompées dans le sous-sol et traitées pour l'alimentation du secteur domestique.

D'où à travers le présent travail, nous faisons comprendre à toute la population de cette contrée désirant avoir l'eau du sous-sol de doter l'ISTC/K'zi des premiers

éléments d'études hydrogéologiques pour sa banque des données naissante pour la ville de Kolwezi.

La problématique n'est qu'un ensemble des problèmes qui concernent un sujet. Le mauvais traitement de l'eau souterraine peut entrainer des désordres multiples lors du pompage de l'eau dont la modification du fonctionnement hydrogéologique par le fait que le niveau piézométrique varie d'un temps à l'autre et l'écoulement à vide dans les conduites.

Les eaux souterraines étant d'origine météoriques qui s'infiltrent et qui peuvent former des nappes phréatiques ou, si la structure géologique le permet, atteindre la profondeur plus importante ; d'autres emprisonnées dans certaines formations géologiques, c'est le cas des eaux connées, qui constituent un réservoir potentiellement utilisable comme source en eau. Cependant cette eau est souvent trop minéralisée pour être directement utilisable et dans certains cas extrême, elle est une source de contamination importante de l'environnement, tout cela impose une véritable gestion de l'eau souterraine [FABRIOL, gestion de l'eau souterraine, P].

En effet, après avoir trouvé utile de nous pencher pour ce travail, une multitude des questions nous est parvenu pour pouvoir traiter le présent sujet.

V' Pourquoi le quartier Jolie site a été le champ d'investigation du présent sujet ?

Par définition, elle est une supposition que l'on se fait d'une chose possible et dont on tire une conséquence. L'hypothèse est autrement-dit une idée directrice, une tentative d'explication des faits ou début de la recherche destiné à guider

l'investigation et à être abandonnée ou maintenue d'après les résultats de l'observation.

Travaillant sur d'impacts que peuvent poser les installations des pompes de puits, nous proposons ce qui suit :

V' la notion de « gisement » ou de « réservoir » d'eau souterraine implique son exploitation possible (par exemple par pompage) en vue de l'alimentation en eau d'une usine ou d'une agglomération. Les gisements d'eau souterraine sont appelés aquifères (une formation hydrogéologique qui contient l'eau + l'air + roche). La surface piézométrique indique le niveau de l'eau dans le sous-sol, elle correspond à la pression hydrostatique de la colonne de l'eau. Lorsque cette surface se situe à l'intérieur de l'aquifère, la nappe est dite libre. Si cette surface est située au-dessus de l'aquifère, l'eau est bloquée sous pression, la nappe est dite captive.

V' Nous avons trouvé utile de nous pencher pour ce quartier pour une raison à savoir : comme nous l'avons dit précédemment, cette cité n'a pas été choisie au hasard, la raison en est que, depuis que cette cité existe, pour trouver l'eau la population souffre et suite à cette insuffisance d'eau, un bon nombre des personnes est ravitaillé par des puits privés, une partie par la société WOLD VISION( qui n'est plus opérationnel) et quelques puits équipés des pompes par le gouvernement provincial (non encore opérationnel). Vue la superficie de la cité, ces différents puits (énumérés ci-dessus) ne seront pas en mesure d'alimenter, cependant il a été à notre devoir en tant que chercheur d'aider cette population à bénéficier l'eau de la nappe à moindre distance ; d'où à travers ce sujet nous contribuons à notre gouvernement aussi bien qu'à la population de JOLIE SITE une alimentation en eau potable à travers les puits.

V' Le débit sera déterminé en fonction du nombre de la population soit par estimation du nombre des ménages (maisons) ou passer par un recensement ou encore il sera déterminé par une bibliographie du site tout en sachant quelle quantité d'eau qu'une personne peut consommer par jour suivant les normes internationales ou locales.

Tout travail scientifique exige l'usage d'une demande méthodologique qui puisse permettre au chercheur de collecter, d'interpréter et d'analyser les données qu'il aura à recueillir. Ainsi dans ce travail nous avons fait recours aux méthodes et aux techniques.

Ainsi la méthode est considérée comme étant un ensemble d'Operations intellectuelles par lesquelles une discipline cherche à étudier la vérité poursuivie pouvant être démontrée ou vérifiée.

Notre objectif est d'alimenter la population en eau potable ainsi, Ce présent travail étant une synthèse bibliographique et quelques sources orales et sites internet (google earth), s'appuie sans doute sur plusieurs ouvrages dont d'autres scientifiques et chercheurs qui ont travaillés dans ce domaine, ce qui fait rappel à la documentation. Tel a été notre moyen utilisé pour la collecte des informations (données).

Délimiter une étude c'est en préciser le champ d'investigation ainsi que sa temporalité, ces deux éléments autrement indispensables à sa « contextualisation ».

Ayant fait tout ce qui précède, nous avons donc doté la présente étude d'une double délimitation spacio temporelle afin de lui rendre toute la pertinence scientifique et qui lui est requise. C'est pour ce faire que nous avons retenu la cité de JOLI SITE comme étant notre champ d'investigation a raison de l'importance autrement exponentielle du phénomène : « dimensionnement des pompes de puits d'eau cas du station de pompage MUTOSHI vers le quartier JOLI SITE RVA». par ailleurs, notre étude porte sur une période de temps allant de l'année 2015 à 2016, période qui nous semble présenter avec cette crise socio-économique aigue que connait notre province, l'ampleur de l'eau comme source de toute vie aisée dans une

société est donc primordiale à l'homme, puisque des milliers des gens pourraient en avoir l'intérêt et s'investir pour la fabrication des certains articles.

Toute production scientifique digne de ce qualificatif, requiert pour sa cohérence logique et sa pertinence relative entant qu'oeuvre de « science », une structuration synthétique conséquente. Celle-ci énonce et annonce schématiquement les grandes lignes de matière que comporte l'oeuvre produite.

En vue de mener à bien notre étude, hormis l'introduction et la conclusion générale, nous avons subdivisé le présent travail en cinq chapitres à savoir :

? chapitre premier ; description générale de la ville de Kolwezi et de la cité Joli site en particulier, de son historique et son cadre géographique.

? chapitre deuxième; concerne les études de l'eau à savoir l'hydrologie et l'hydrogéologie et accessoires de celles-ci.

? chapitre quatrième, il sera question de dimensionner les pompes en passant soit par les différentes méthodes des spécialistes ou par des simulations mathématiques.

? chapitre cinquième ; évaluation économique sur les différents accessoires du circuit d'alimentation.

Ces chapitres constitueront à organiser une approche complète de la population du lieu d'approvisionnement en eau, de la détermination de la quantité d'eau a un débit suffisant

Ceci dit de manière introductive voyons ce que nous réserve la suite du travail.