Fndae 23

Document technique

FNDAE n23

dition 1999

Fonds national pour le dveloppementdes adductions deau

Application

des nergies renouvelables

la potabilisation

et lpuration des eaux

COSTIC

Couverture :

Photo centrale : Aration de lagunage Villeveyrac (Gard)

Photo de gauche : Picocentrale Pellafol (Isre)

Travaux financs par le Fonds National pour leDveloppement des Adductions dEau

I.S.B.N. 2-11-091969-8

Ministre de lAgriculture et de la Pche

FNDAE n 23Document technique

APPLICATION DES ENERGIESRENOUVELABLES A LAPOTABILISATION ET A

LEPURATION DES EAUX

Rue A. Lavoisier Z.I. Saint Christophe04000 DIGNE LES BAINSTel. : 04 92 31 19 30 Fax : 04 92 32 45 71http://www.costic.comEmail : [email protected]

Document ralis par Eric MICHEL et Arnaud DEVES

I.S.B.N. 2-11-091969-8

COSTICCOMITE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUEDES INDUSTRIES CLIMATIQUES

Application des nergies renouvelables la potabilisation et lpuration des eaux

SOMMAIRE

INTRODUCTION ______________________________________________ 5

RECENSEMENT DINSTALLATIONS EXISTANTES ______________________ 6

RGLEMENTATION ___________________________________________ 9La potabilisation de leau ......................................................................................................................9Lassainissement des eaux uses .........................................................................................................10

ALIMENTATION EN LECTRICIT DES SITES ISOLS __________________ 11

Le raccordement au rseau..................................................................................................................11Les nergies renouvelables ..................................................................................................................11Le stockage de lnergie ......................................................................................................................13Modules photovoltaques.....................................................................................................................15Arognrateurs...................................................................................................................................13Picocentrales hydrolectriques............................................................................................................14

LES SYSTMES DE TRAITEMENT DEAU POTABLE____________________ 15Traitement par Chloration...................................................................................................................16Strilisation par rayons Ultraviolets ...................................................................................................18

LES SYSTMES DASSAINISSEMENT ______________________________ 20

Les cultures fixes sur support grossier...............................................................................................21Les cultures fixes sur support fin .......................................................................................................21Les cultures libres ................................................................................................................................22Poste de relevage.................................................................................................................................23Dgrillage mcanique..........................................................................................................................24Lits bactriens......................................................................................................................................25Disques biologiques .............................................................................................................................26Lagunage naturel.................................................................................................................................27Agitateur ..............................................................................................................................................28Alarme tlmesure ...............................................................................................................................28Toilettes sches ................................................................................................................................2929Rcapitulatif .........................................................................................................................................30

FICHES EXEMPLES ________________________________________ 31Station de chloration............................................................................................................................32Station de chloration............................................................................................................................33Station dpuration ..............................................................................................................................34Tlmesure ...........................................................................................................................................35

PRINCIPAUX INTERVENANTS ___________________________________ 36

CONCLUSION _______________________________________________ 38

- Application des nergies renouvelables la potabilisation et lpuration des eaux -

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INTRODUCTION

Les rserves deau (nappes phratiques, sources...) sont de plus en plus touches par la pollution. Celapose des problmes pour lapprovisionnement en eau potable. Il devient difficile de trouver des eaux quipuissent tre distribues sans tre traites au pralable.

Ceci explique laugmentation de la consommation deaux en bouteille : + 80 % entre 1970 et 1988.Cependant mme ces eaux, pourtant relativement protges, ont t parfois touches par la pollution etont d suspendre leur commercialisation.

Pour rsoudre le problme de lalimentation en eau potable deux axes sont dvelopper simultanment.Dune part il faut traiter plus systmatiquement les eaux destines la consommation humaine, et dautrepart, il faut trouver les moyens de traiter efficacement les eaux uses pour viter quelles ne contaminentle milieu naturel, puis les rserves en eau.

En zone urbaine ce nest souvent quun problme de moyens financiers. Par contre en zone rurale leproblme est plus rcent et prsente plus dobstacles. En effet, outre les moyens financiers, il faut tenircompte des spcificits des petites collectivits et trouver des techniques adaptes. Ainsi les systmes misen place doivent tre techniquement adapts (faible dbit, effluents peu chargs dans le cas delassainissement) et avoir des contraintes dexploitation et des cots de fonctionnement rduits(maintenance limite et pouvant tre effectue par un personnel peu qualifi).

Il vient parfois se greffer un problme supplmentaire : celui de lalimentation lectrique. En effet denombreuses zones rurales sont loignes du rseau lectrique EDF. Le cot de raccordement ce rseaupouvant tre lev (environ 180 000 F par km de ligne) la production dlectricit dcentralise laidedune nergie renouvelable peut savrer rentable ou mme ncessaire.

Une tude ralise au COSTIC sur les applications de lnergie photovoltaque lalimentation en eaupotable en zone rurale et reprise dans la documentation technique FNDAE (Fonds National pour leDveloppement des Adductions dEau) apporte dj des solutions en ce qui concerne leau potable.

Le COSTIC a prolong cette tude afin de l'largir d'autres nergies renouvelables (olien ethydrolectricit) et de s'intresser aussi bien au traitement de l'eau potable qu' l'assainissement.

Ce document synthtise ce travail de recherches. Son contenu, bas sur des fiches, prsente:

Les nergies renouvelables;

Les systmes de traitement d'eau potable;

Les systmes d'assainissement.

Ces fiches doivent aider les utilisateurs connatre les possibilits offertes par les nergies renouvelables,les applications susceptibles d'tre alimentes par ces systmes et leur donner des lments pour ledimensionnement d'une installation.


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RECENSEMENTDINSTALLATIONS EXISTANTES

Plusieurs enqutes menes en 1993, 1997 et 1999 auprs de diffrents organismes publics (DDASS,DDAF, ADEME), et de diffrentes socits prives (fabricants de matriels pour les nergiesrenouvelables, ensembliers, fabricants de matriels spcifiques au traitement de leau) ont permis derpertorier les installations suivantes :

Tableau 1 Les installations recenses

DPARTEMENT COMMUNE TYPE DINSTALLATION( ) Nb dinstallations

TYPE DNERGIE

Ain Vaux-en-Bugey Chloration [gaz] Photovoltaque

Ardennes Noyers Pont Maugis Chloration [javel] Photovoltaque

Arige Refuge tang de Pinet UV Photovoltaque

Aude Syndicat Intercommunal du SudAudois

Chloration [gaz] Photovoltaque

CantalSt Etienne de Carlat

St Martin Cantals

Chloration

ChlorationPhotovoltaque

Charente Maritime Rochefort puration [lagunage] Mthane [digestion desboues]

Corrze

Bassignac

Chadirac

Rouchamp

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Corse

Parc Naturel Rgional

Commune de Muro

Commune de Corbara

SE du Sud

Chloration [javel] (6)

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Cte dor

Saint-Mesmin

Jailly le Moulin

Blancey

Beaulieu

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Hydrolectricit

Photovoltaque

Creuse

SIAEP de la Rozeille

SIAEP d'Evaux les Bains

SIAEP de la rgion d'Ahun

SIAEP valle de la Creuse

Chloration (3)

Chloration

Chloration

Chloration

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Drme Pot-Laval [source de Bridon] Chloration [Javel] Photovoltaque


77


TYPE DNERGIE

Grane [source de Val Brian]

Combovin

Chloration

Chloration [Javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Hrault

Meze

Gigean

Villeveyrac

Aration lagune

Aration lagune

Aration lagune

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Ille-et-Vilaine Fort de Paimpont Chloration Photovoltaque

Indre Saint Pierre de Jards Chloration Hydrolectricit

Isre

Pellafol

Vif

Monestier-de-Clermont

Quai en Chartreuse

UV

UV

Chloration

Chloration

Hydrolectricit

Hydrolectricit

Photovoltaque

Photovoltaque

Jura

Valfin Sur Valouse

SIE Montagne le Templier

Cornod

Crozets

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Loir et Cher Ozouer le Marche puration [relevage des eaux] Photovoltaque

LoireCommune de Cuinzier

Ecotay

Chloration [javel]

Chloration [gaz]

Photovoltaque

Photovoltaque

Lot Fons Chloration Photovoltaque

Lozre Causse de Sauveterre Chloration [javel] Photovoltaque

Haute Marne Saint Thiebault Chloration Photovoltaque

Meurthe et Moselle

Vandeleville

SIE de Selaincourt

SIE de Diarville

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Nivre Vauclaix Chloration [gaz] Photovoltaque

Puy de dme

Saint Julien la Geneste

Bussire prs Pionsat

Saint Ferreol les Ctes

La Cellette

Chloration (2)

Chloration (1)

Chloration (3)

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Bas Rhin Wisches Chloration Photovoltaque

Saone et LoireCuzy

Roussillon en Morvan

Chloration

Chloration

Photovoltaque

Photovoltaque

Savoie

Beaufort sur Doron

Bonneval sur Arc (refuge desEvettes)

Bellecombe en Bauges

Eau potable

UV

puration [toilettes sches]

Eau potable

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque

Photovoltaque


88


TYPE DNERGIE

Haute-Savoie

Syndicat des eaux des Moises

Vrey en Sulloy

Refuge du Parmelan

Morzine

Chloration [javel + gaz]

Chloration [javel]

puration [toilettes sches]

UV

Hydrolectricit

Photovoltaque

Photovoltaque

Hydrolectricit

Yonne

Chassignelles

Esnon

Serrigny

Eau potable

Eau potable

Chloration [javel]

Photovoltaque

Photovoltaque

Hydrolectricit

Nouvelle-Caldonie Chloration [javel] (11) Photovoltaque

Guyanne Chloration [javel] (15) Photovoltaque

A partir de ce tableau, les statistiques suivantes ont t dduites (figures 1 et 2).

Traitement par chloration (gaz ou hypochlorite

de sodium)87%

Strilisation par rayons UV

5% puration8%

Figure 1 Rpartition des installationsrecenses suivant le type dapplication

nergie photovoltaque

89%

nergie hydrolectrique

11%

Figure 2 - Rpartition des installationsrecenses suivant lnergie utilise

Lalimentation partir dnergies renouvelables de systme de potabilisation par chloration est la plusrpandue. Peu dapplications dans le domaine de lpuration deaux uses ont t recenses.

Lutilisation de lnergie photovoltaque est largement prdominante parmi les applications recenses.Aucune application utilisant lnergie olienne na t recense.

En conclusion, il apparat que :

Peu dapplications existent dans le domaine de lassainissement deaux uses ; Seule lnergie photovoltaque connat une utilisation importante dans le secteur du traitement deau.Le prsent document a ainsi pour but de montrer les possibilits dalimentation par nergiephotovoltaque dans le secteur du traitement deau potable et deaux uses. Il a aussi pour but de montrerles principales caractristiques des autres nergies renouvelables : lnergie hydrolectrique et lnergieolienne.


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REGLEMENTATION

Les principaux textes rglementaires pour lassainissement et le traitement de leau potable sont rappelsici afin de prciser les tapes conduisant la cration dune nouvelle installation. De plus cetterglementation indique les domaines dapplication prfrentiels des filires mettre en uvre.

La potabilisation de leau

Les principaux textes qui fixent la qualit des eaux distribues et les moyens mettre en place pour yparvenir sont les suivants :

Loi n92 3 sur leau du 3 janvier 1992 ;

Code de la sant publique relatif aux eaux destines la consommation humaine ;

Arrt du 10 juillet 1990 relatif linterdiction des rejets de certaines substances dans les eauxsouterraines en provenance dinstallations classes ;

Dcret 89-3 du 3 janvier 1989 modifi par les dcrets 90-330 et 91-257 relatif aux eaux destines la consommation humaine lexception des eaux minrales naturelles ;

Diverses circulaires fixant des exigences complmentaires (plomb, nitrates, composs organochlorsvolatils...)

Il ny a pas dchances respecter quant la mise en place de traitements deau. En effet, toutdistributeur deau est tenu de distribuer une eau de qualit conforme aux normes en vigueur :...quiconque offre au public de leau en vue dune alimentation humaine est tenu de sassurer que cetteeau est propre la consommation (article L.19 du Code de la Sant Publique). La DDASS effectue desanalyses deau au niveau des captages, des stations de traitement et des units de distribution. Suivant lesrsultats, elle prconise les mesures prendre.

Ainsi, dans le cas dune eau ayant une qualit bactriologique mdiocre la mise en place dun traitementde dsinfection peut tre impose. La DDASS demande alors au Conseil Gnral et lAgence de lEaude financer prioritairement la mise en conformit de linstallation.

La DDASS a des moyens de pression sur les communes pour les forcer distribuer une eau de bonnequalit et mettre en place les traitements ncessaires. Elle peut dclarer une eau non potable, demanderde geler toute nouvelle construction...


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Lassainissement des eaux uses

La rglementation dpend de la capacit des stations dpuration. Les installations concernes par leprsent document sont celles dont la capacit est infrieure 2 000 EH.

La dfinition de lquivalent habitant EH est : la charge organique biodgradable ayant une demandebiochimique doxygne en cinq jours (DBO5) de 60 grammes doxygne par jour. Il correspond parconvention 90 g/hab./j de matires en suspension, 57 g/hab./j de matire organique, 15 g/hab./j dazoteet 4 g/hab./j de phosphore. En gnral 1 EH est quivalent 150 litres deau utiliss par jour.

La base gnrale de tous les textes est la directive europenne du 21 mai 1991 (91/271/CEE) qui aconduit au vote de la loi sur leau du 3 janvier 1992 (n92-3). Dautre part, les principaux dcretsdapplications, arrts, circulaires relatifs lapplication de la loi pour les collectivits de moins de 2 000habitants sont :

Le dcret dapplication du 3 juin 1994 (n94-469) relatif la collecte et au traitement des eaux usesmentionnes aux articles L.2224-8 et L.2224-10 du code des communes.

Larrt du 21 juin 1996 fixant les prescriptions techniques minimales relatives aux ouvrages decollecte et de traitement des eaux uses mentionnes aux articles L.2224-8 et L.2224-10 du codegnral des collectivits territoriales, dispenss dautorisation au titre du dcret n93-742 du 29 mars1993 relatif la nomenclature des oprations soumises autorisation ou dclaration, en application delarticle 10 de la loi n92-3 du 3 janvier 1992 sur leau.

La circulaire du 17 fvrier 1997 relative lassainissement collectif des communes - ouvrages decapacit infrieure 120 kg DBO5 par jour (2 000 EH).

Quatre tapes principales ressortent des textes :

1. Les collectivits doivent dfinir les zones dassainissement collectif et les zones dassainissement noncollectif. Elles nont pas obligation de mettre en place une collecte, mais si elle est mise en place letraitement doit alors tre appropri et ralis avant le 31 dcembre 2005 ;

2. La cration dune station dpuration doit faire lobjet dun Avant Projet Sommaire (APS) en vue debien dfinir les besoins et de sorienter vers les filires les mieux adaptes. La collectivit procdeensuite un appel doffre sur performances ;

3. La construction dune station dpuration doit faire lobjet dune dclaration (ouvrages de capacitcomprise entre 12 et 120 kg DBO5 par jour soit entre 200 et 2 000 EH) et se conformer aux autresrgles durbanisme en vigueur (POS, zones inondables...).

4. Pour les installations soumises dclaration, les contraintes suivantes doivent tre respectes en vuedun rejet dans les eaux de surface :

- Les effluents doivent au minimum tre traits par voie physico-chimique ;

- La concentration maximale en DBO5 dans les eaux rejetes est de 35 mg/l ;

- Un dgrillage est impos en amont des dispositifs de traitement ;

- Les collectivits doivent prvoir une auto surveillance de base (ASB). Pour les stations de moinsde 1 000 EH elles doivent procder une analyse par an et pour celles comprises entre 1 000 et 2000 EH deux analyses. Ces dernires seront transmises lAgence de leau.


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ALIMENTATION EN ELECTRICITEDES SITES ISOLES

Trois nergies renouvelables sont susceptibles dalimenter des systmes de traitement deau potable etdassainissement : lnergie solaire photovoltaque, lnergie olienne, lnergie hydrolectrique. Cechapitre prsente ces diffrentes techniques et donne des lments de choix entre une alimentation par lerseau public dlectricit et une alimentation par une nergie renouvelable.

Le raccordement au rseau

Dans le cas prsent (alimentation dinstallations rurales de capacits faibles ou moyennes), il sagit duticket bleu pour des puissances infrieures ou gales 18 kW. Le cot du raccordement est alors :

4 900 FRF ht si la distance au rseau est infrieure 30 mtres ; 99 FRF ht par mtre rajouter jusqu 200 mtres ; 198 FRF ht par mtre rajouter au-del et jusqu 700 mtres.Pour une distance suprieure 700 mtres, le montant du ticket est compar au cot rel des travaux deraccordement. Sur la base de ces cots, le prix du raccordement au rseau EDF est denviron 180 000 FRFht par km. Ce cot peut tre trs variable suivant les zones traverser (rgions protges, besoindenterrer les lignes,).

Le choix dune alimentation par une nergie renouvelable doit se faire lissue de la comparaison entre lecot du raccordement au rseau et le cot de linstallation sans raccordement au rseau.

Les nergies renouvelables

Le tableau 2 permet une comparaison rapide des principales caractristiques des trois nergiesrenouvelables tudies dans ce document : nergie solaire (modules photovoltaques), nergie olienne(arognrateur), nergie hydrolectrique (picocentrale). Chacune est prsente de manire plus dtailledans la suite du document.

Les nergies renouvelables ont pour principales caractristiques dtre diffuses et de ne pas tre rpartiesde manire rgulire sur lensemble dun territoire. Dans le cas des nergies solaires et oliennes descartes ont t ralises (figures 1 et 2) permettant de connatre rapidement le potentiel dnergiercuprable dans chaque lieu. Cependant la lecture de ces cartes ne suffit pas dfinir la position desgnrateurs et une tude sur site doit tre ralise. Dans le cas de lnergie hydrolectrique, il estimpossible de connatre a priori lnergie disponible sur le site.


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Tableau 2 Comparaison entre les nergies renouvelables

MODULE PV AEROGENERATEUR PICOCENTRALE

Dpendance par rapportau lieu

Moyenne Forte Forte

Gamme de puissances 0 5 kWc 0 10 kW 0 5 kW

Puissance les plusutilises

0 100 Wc - 1 kW

Investissement(estimations)

170 FRF/Wc 120 FRF/W 75 150 FRF/W

Maintenance Faible Trs faible Trs faible

InconvnientsRisque de vol ou de

vandalismeBruit et esthtique -

Lille

Arras

Amiens

Beauvais

Rouen

Caen

St-LAlenon

RennesSt Brieuc

QuimperVannes

Nantes

La RocheSur Yon

La Rochelle

NiortPoitiers

Bordeaux

Montde Marsan

Bayonne

PauTarbes

Foix

Toulouse

Evreux

ChartresLaval

Le Mans

AngersTours

Blois

Orlans

Paris

Troyes

Auxerre

Chlons

Laon

Chaumont

CharlevilleMzires

Bar le Duc

Metz

Nancy Strasbourg

pinal

Colmar

BelfortVesoul

BesanonDijonNeversBourges

Chteauroux MconLons

le SaunierMoulins

GuretLimogesAngoulme

Prigueux

Agen

Auch

MontaubanAlbi

Carcassone

Perpignan

Montpellier

Rodez

Aurillac

Tulle

Cahors

Clermont

Ferrand

Le Puy

Mende

Nimes

Privas

St tienneLyon

BourgenBresse

Annecy

ChambryGrenoble

Valence Gap

DigneAvignon

Marseille

Toulon

Nice

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,42,6 3,0

3,2

3,4 3,6

Bastia

Ajaccio

2,8

3,03,2

Figure 3 - Rayonnement solaire global reu par un plan inclin de 60 sur lhorizontale orient au sud

nergie moyenne quotidienne (kWh/m/jour) - Mois de dcembre

Daprs lAtlas europen du rayonnement solaire


1313

A

C

D

E

E

C

B

D

D

Figure 4 Carte des vents

Daprs lAtlas olien europen

Tableau 3 Vitesse moyenne du vent 50 mtres au-dessus du niveau du sol pour diffrentes positionstopographiques

TERRAIN ABRITE PLAINEAU NIVEAU DE LA

MERSOMMET DE RELIEF

m/s W/m m/s W/m m/s W/m m/s W/m

A > 6 > 250 > 7,5 > 500 > 8,5 > 700 > 11,5 > 1 800

B 5 6 150 250 6,5 7,5 300 500 7 8,5 400 700 10 11,51200 1800

C 4,5 5 100 150 5,5 6,5 200 300 6 7 250 400 8,5 10 700 1200

D 3,5 4,5 50 100 4,5 5,5 100 200 5 6 150 250 7 8,5 400 700

E < 3,5 < 50 < 4,5 < 100 < 5 < 150 < 7 < 400

Le stockage de lnergie

Le fait que lnergie solaire et lnergie olienne ne soient pas disponibles sur lensemble dune priodede fonctionnement du systme aliment impose dutiliser un organe de stockage de lnergie lectriquedans les installations autonomes. Ses fonctions sont les suivantes :

Permettre un dphasage entre la production et la consommation ; Permettre une puissance leve sur un temps court, compatible avec la production journalire, avec

une puissance de production installe faible.


1414

nergie lectrique Ractions chimiques nergie lectriqueCharge Dcharge

Cycle

Figure 5 Principe du stockage dnergie

Pour les systmes solaires et lolien, lnergie est stocke sous la forme dun courant continu. Deuxtypes de batterie sont utiliss :

Les accumulateurs plomb / acide (Pb / Pb SO4) : les plus utiliss, ils ont un bon rendementnergtique de charge / dcharge denviron 70 % ;

Les accumulateurs cadmium / nickel : plus chers, ils peuvent fonctionner sans rgulateur, rsistent auxsurcharges et aux dcharges, ont une bonne aptitude au cyclage et rsistent bien aux bassestempratures.

Caractristiques de fonctionnement Dcharge journalire : Cette dcharge devra tre de lordre de 10 20 % ; Dcharge profonde : Il sagit de la dcharge maximale de laccumulateur qui nest tolrable que

quelques jours par an (1 3 jours par an) ; Capacit dun accumulateur : La capacit dun lment daccumulateur est la quantit dlectricit

quun lment charg peut fournir pendant la priode de dcharge, elle sexprime en Ampre-heure[Ah]. La capacit dun lment est fonction du rgime de dcharge. Plus un rgime de dcharge estlev et plus la capacit diminue. En application photovoltaque, le rgime courant est C/100. Pourune batterie de capacit 100 Ah par exemple, la batterie pourra dlivrer un courant de 1 A pendant100 heures ;

Aptitude au cyclage : Cest le nombre de cycles journaliers de charge / dcharge que peut supporter labatterie avant une perte donne de sa capacit. Les meilleures batteries ont un nombre de cyclesgaranti suprieur 3 000 pour une profondeur de dcharge journalire de 10 % et de 1 500 pour 20 %de dcharge journalire. Les batteries moins bien adaptes ont des valeurs typiques de 1 200 et 600cycles pour ces mmes valeurs de dcharge ;

Tension nominale : La tension nominale aux bornes dun lment daccumulateur au plomb est de2 V, elle est de 1,2 V pour des accumulateurs cadmium / nickel ;

La dure de vie maximale des meilleures batteries est denviron 10 ans.Installation des batteries

Maintenir toujours les batteries en position verticale ; viter, durant les manipulations, de renverser lacide des batteries ; Ne jamais toucher les batteries avec des outils non isols ; Le local o les batteries sont installes doit tre ventil, calorifug et non accessible aux enfants.La rgulation

Elle est obligatoire dans le cas daccumulateur Plomb / acide, et recommande pour des accumulateurscadmium / nickel. Elle permet de rguler la charge (la surcharge provoquant une perte en eau et unvieillissement prmatur des batteries) et la dcharge de la batterie (la dcharge profonde entranant lasulfatation des plaques et un vieillissement prmatur des accumulateurs).

Aujourdhui se dveloppent des rgulateurs de charge / dcharge microprocesseur, modulaires dont lamaintenance est simplifie par dbrochage sans intervention sur le cblage du gnrateur. Il est aussipossible de surveiller le fonctionnement des installations distance par tlcommunication.


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MODULES PHOTOVOLTAQUES

Cest lnergie renouvelable la plus utilise en milieu rural.

Photo 1 Alimentationdu poste de relevage

dune station dpuration Ouzouer le Marche (41) Ralisation VERGNET

PrincipeLeffet photovoltaque permet la conversiondirecte du rayonnement solaire en lectricit.

Le courant produit est un courant continu en 12,24 ou 48 V suivant la taille de linstallation. Unonduleur peut tre ncessaire pour lalimentationdappareils en 220 V alternatif.

Caractristiques techniques principalesLes cellules photovoltaques ou photopiles sontralises laide de matriaux semi-conducteurs.La technologie la plus employe est base desilicium mono cristallin.

Les cellules photovoltaques sont assemblessous forme de module. 1 module de 0,5 mproduit sous un ensoleillement de 1 000 W/m unepuissance maximale de 50 W. Cest la puissancecrte du module qui sexprime en Watts crte[Wc].

Les modules prsents sur le march ont despuissances de 10, 50, 75 ou 120 Wc.

DimensionnementPour une utilisation toute lanne desquipements, le dimensionnement est ralis surla priode la plus dfavorable (hiver).

Lnergie journalire moyenne disponible Ej [Wh/j]est fonction de :

Lnergie solaire incidente Ei [kWh/m/j]. Cettenergie dpend du lieu, de linclinaison despanneaux solaires et de la date. En hiver, cettenergie est denviron 3 Wh/Wc dans le sud de laFrance est de 1,5 Wh/Wc dans le Nord de laFrance [cf. figure 3] ;

La puissance crte des modules installs Pc[Wc].

Lnergie disponible est alors donne par laformule approche :

cPiE0,6jE =

Stockage de lnergieLe stockage se fait dans des batteriesdaccumulateurs en gnral plomb / acide. Lacapacit du parc daccumulateurs se calcule enAmpres-Heures [Ah] partir de :

La dcharge maximale admissible par lesbatteries : ces batteries ne doivent jamais tredcharges plus de 70% avec une dchargemaximale de 20% par jour ;

Le nombre de jours dautonomie (Nj) ncessaireset de la tension (V) en Volts aux bornes de labatterie. Nj varie selon le lieu gographique etlapplication. Il ne doit pas tre infrieur 4.

La capacit relle de stockage Cr sera alors :

V0,7

EjNjCr

= [Ah]

Un rgulateur de charge et de dcharge permetde grer le parc de batteries pour viter lesdcharges profondes et les surcharges.

MaintenanceUn gnrateur solaire photovoltaque ncessitetrs peu dentretien. Les seules actions menersont les suivantes :

Contrle de ltat gnral de linstallation(support, rgulation, batterie, cblage,...) ;

Nettoyage des modules leau claire ; Entretien des abords ; Vrification de ltat de charge des batteries.

Pour des installations ncessitant une scurit defonctionnement, certains ensembliers proposentdes systmes de rgulation permettant le contrle distance de linstallation.

CotsLe cot d'une installation complte peut varierentre 100 FRF ht/Wc (pour une surface de 15 20 m2 de capteurs) et 170 FRF ht/Wc pour unesurface de 2 4 m2 de capteurs.


1313

AEROGENERATEURS

Il sagit darognrateurs ayant une puissance comprise entre 50 W et 12 kW (petites et moyennespuissances)

PrincipeLnergie cintique du vent est transforme ennergie lectrique travers un alternateur.Larognrateur sert dinterface entre le vent etlalternateur.

Caractristiques techniques principalesUn arognrateur produit un courant alternatif.La ressource en nergie olienne tant trsvariable dans le temps, lnergie produite doitpouvoir tre stocke. Un redresseur permetdobtenir un courant continu qui peut tre stockdans des batteries plomb / acide.

Lorientation et le maintien dune vitesseconstante sur lhlice sont assurs par desmoyens mcaniques (empennage, variation duprofil des pales suivant la force centrifuge,).

Le mt est en gnral un tube hauban quipermet un montage facile et offre aussi lapossibilit de coucher larognrateur pour desraisons de scurit en cas de grands vents.

Dimensionnement [cf. figure 4]En pratique, linstallation dun arognrateur sejustifie pour une vitesse moyenne du ventsuprieure 6 m/s sur lanne. La rgularit de cevent est aussi un critre important notammentpour le dimensionnement du parcdaccumulateurs.

Les stations mtorologiques voisines permettenten extrapolant suivant la nature du site (vallon,crte...) ou en faisant une campagne de mesuressur site (pour des applications demandant undimensionnement prcis) de connatre cescaractristiques.

La puissance thorique P rcuprable est fonctionde la surface S [m] balaye par les pales dugnrateur, de la vitesse du vent V [m/s], durendement des diffrents lments delarognrateur (40 %), et dun rendementarodynamique (limite de Betz = 60%) :

[ ] S 3 V 0,15W P =Stockage de lnergiePour les applications envisages, traitement deaupotable et puration, il nest pas possible defonctionner au fil du vent. Il faut donc prvoir unstockage de lnergie produite. Le raisonnementest le mme que pour les modulesphotovoltaques. Le nombre de jours dautonomiedoit tre calcul partir des donnesmtorologiques.

MaintenanceLa maintenance effectuer est trs rduite et lesarognrateurs ont en gnral des dures de vielongues (10 20 ans).

CotsLordre de grandeur du prix des arognrateursest :

PUISSANCE PRIX FRF ht

500 W 5 10 000

2 kW 39 000

10 kW 155 000

(ce prix ne correspond pas linvestissement totalfonction des applications)

RglementationSauf cas particuliers lis la commune ou auvoisinage, il ny a pas de rglementations strictes respecter, les arognrateurs ntant pas lorigine de nuisances sonores trs importantes.


14

PICOCENTRALES HYDROELECTRIQUES

Il sagit de centrales hydrolectriques ayant de trs petites puissances (


1515

LES SYSTEMES DE TRAITEMENTDEAU POTABLE

Deux principaux modes de traitement existent :

Chloration ; Strilisation par rayons ultraviolets.Le chlore peut tre utilis sous deux formes : soit sous forme gazeuse, soit sous forme liquide(hypochlorite de sodium ( eau de javel )). Le tableau 4 permet une comparaison rapide de ces modes detraitement.

Tableau 4 Avantages relatifs des diffrents modes de potabilisation

Hypochlorite desodium Chlore gazeux UV

Dbits deau les plus adapts 0 - 150 m3/j 150 - 500 m3/j 300 l/h 40 m3/h

Consommation lectrique 0,5 Wh/m3 quelques Wh/j 10 15 Wh/m3

Autonomie 15 jours (ractif)6 mois 2 ans

(ractif) 7000 h (lampe)

Entretien Important Moyen Faible

Cot investissementinstallation complte (FRF ht) 30 000 45 000 100 000 100 000

nergies renouvelables les plusadaptes


1616

TRAITEMENT PAR CHLORATION

Cest la mthode de dsinfection la plus ancienne et la plus employe.

Photo 3 Pompe doseuse dechlore Farinole (2A)

Ralisation SOLECO

PrincipeLe chlore pntre lintrieur des micro-organismes tels que bactries, virus, protozoaires, et les dtruit eninhibant certaines ractions vitales de synthse.

Le chlore gazeux et l'hypochlorite de sodium ( Eau de Javel ) sont les formes utilises pour traiter les pointsdeau de faible dbit.

Caractristiques techniques principales Dsinfection par chlore gazeux

- Stockage de chlore sous formepartiellement liqufie en bouteille ;

- Un chloromtre permet de soutirer lechlore en phase gazeuse. Les dbits varientde 2 g/h 4 kg/h ;

- Un hydrojecteur install sur une conduitedeau de service (drivation dune canalisationplus importante). Le passage de l'eau danslhydrojecteur cre une dpression quipermet l'aspiration du chlore gazeux et sonmlange avec le liquide (des conditionsminimales de dbit et de pression d'eau sontncessaires) ;

Versrservoir

4

5

32

1

Dsinfection lhypochlorite de sodium- Un bac en polythylne pour le stockage

de la solution dsinfectante permettant uneautonomie de 15 jours ;

- Une pompe doseuse lectromagntique membrane (dbits disponibles : 0,15 250 l/h)qui prlve la solution dsinfectante et larefoule dans un conduit ou un rservoir ;

- Une canne dinjection.

Versrservoir

1

25

4 3

Un systme d'asservissement du dbit de chlore injecter au dbit d'eau traiter est ncessaire. Dans le casd'une alimentation gravitaire, cela se fait gnralement l'aide d'un compteur gnrateur dimpulsions sur laconduite d'adduction : une impulsion dclenche le systme de chloration par l'intermdiaire d'une lectrovanne.Lensemble est pilot par un dispositif lectronique .


1717

Dimensionnement du systme Qualit de base de l'eau

- Turbidit au moins infrieure 1 unit NTU(Nephelometric Turbidity Unit) ;

- PH compris entre 6,5 et 8 ;- Faible concentration en ammoniaque,

composs azots et prcurseurs organiquesnaturels (acides humiques) ou artificiels(pesticide), qui vont former des sous produitsindsirables au contact du chlore ;

Concentration de chlore injecter : elle sedtermine partir du taux de chlore rsiduel enfonction des paramtres suivants- A l'aval du traitement : 0,2 0,5 mg/l, aprs

un temps de contact minimum de 15 min(linjection se fera donc en amont dunrservoir pour garantir ce temps de contact) ;

- Sur le rseau de distribution : taux infrieur 0,1 mg/l ;

- Remarque : La concentration delhypochlorite de sodium diminue dans letemps. Il faut donc vrifier la concentration dela solution utilise et prparer la solutiondsinfectante pour une dure maximale de 15jours.

Dimensionnement de linstallationnergtique

Chloration gazeuse : une lectrovanneconsomme quelques Wh par jour ;

Chloration par hypochlorite de sodium : lespompes doseuses ont des puissances allant de50 150 W. Pour 120 impulsions de 15secondes par jour, lnergie ncessaire va de 25 75 Wh/j.

Tableau 5 Puissance installer pour lalimentation de systmes de chloration

Dbit trait

m/jour

Consommationlectrique

Wh/jour

Min Max Min Max Min Max

0 150 25 75 40 Wc 90 WcChloration parhypochlorite de

sodium 1 000 500 100 W

150 500 75 250 90 Wc 300 WcChlorationgazeuse 2 000 1 000 200 W

MaintenanceLa mesure quotidienne des taux de chlore librersiduel et de chlore total est indispensable endiffrents points du rseau. Des mthodes demesure colorimtrique rapide et facilementralisables existent. Celle utilisant le ractif D.P.D. est prconise.

Dsinfection par chlore gazeux. Le chlore gazeuxtant un gaz toxique, sa mise en uvre et samaintenance doivent respecter la lgislation envigueur. La maintenance est peu contraignante etfacilement ralisable.- Frquemment : contrle rapide du

fonctionnement ;- A chaque changement de bouteille :

renouvellement du joint d'tanchit en plombet du filtre chlore, contrle de ltanchit ;

- Priodiquement : vrification pousse del'tat des diffrents composants :

Hydrojecteur (clapet anti retour...) ; Chloromtre (joints interne,

dbitmtre...) ; Inverseur automatique de bouteille.

Dsinfection par hypochlorite de sodium.Lhypochlorite de sodium tant un produit irritantpour les tissus humains, il est recommanddutiliser des gants et lunettes de protection lorsdes manipulations- Une fois par jour : contrle du

fonctionnement (installation ventuelle dunetltransmission) ;

- Priodiquement : nettoyage de l'appareillage(crpine, tuyaux, clapets...). En casdentartrage, linstallation sera rince avantpuis aprs nettoyage lacide chlorhydriquedilu ;

- Une fois par an : talonnage de la pompe.Cots

Investissement principal :- Chloromtre et hydrojecteur : 15 000

20 000 FRF ht ;- Pompe doseuse : 5 000 6 000 FRF ht ;

Cot de fonctionnement : il peut varier de 0,3 3centimes le mtre cube deau traite (1990). Engnral le chlore gazeux est le plus conomique.


1818

STERILISATION PAR RAYONS ULTRAVIOLETS

Photo 4 Exemple de lampes ultraviolets WEDECO KATADYN

PrincipeConnue depuis les annes 1960, lutilisation desrayons ultraviolets (UV) pour leur action germicidedans leau sest largement dveloppe cesdernires annes. La destruction des germes parles rayons UV est maximale lorsque leur longueurdonde se situe entre 250 et 260 nm. A ce niveau,les UV endommagent les composs cellulairesessentiels des micro-organismes. Le taux demortalit dpend de la dose du rayonnement,fonction de lintensit et du temps dexposition desmicro-organismes.

Caractristiques techniques principales Chambre d'irradiation : de forme cylindrique,

souvent en acier inox ou en acier galvanis.L'eau y circule en rgime turbulent paralllementaux lampes ;

Les lampes : daspect de tubes nons ,contiennent un gaz charg de vapeurs demercure;

Cellule photolectrique de contrle : mesure encontinu l'intensit lumineuse reue sur les paroisde la chambre d'irradiation. La rglementation(circulaire du 19/01/1987 du Ministre de laSant) impose une dose d'exposition (produit del'intensit du rayonnement par le tempsd'exposition) devant tre, en tout point de lachambre d'irradiation, suprieure 250 J/m ;

Alarme : signale une dose d'exposition en dedu seuil critique;

Compteur horaire : compteur de dure de vie deslampes ;

Filtre : peut tre plac en amont de l'installationpour liminer les matires en suspension, doncrduire la turbidit de l'eau et ainsi optimiser letraitement.

Figure 6 Principe dune lampe rayons ultraviolets

Entre de leau traiter

Sortie de leau potabiliseLampe UV


1919

Dimensionnement du systmeOn trouve sur le march de nombreux modlesdont les capacits de traitement varient de moinsde 0,1 m/h plus de 500 m/h.

Qualit de base de l'eau : leau doit tre permableaux rayons UV, cette permabilit se dtermine enlaboratoire. Diffrents paramtres interviennent :- La turbidit. Elle doit tre au moins infrieure

2 units NTU (Nephelometric Turbidity Unit) ;- La concentration en certains ions dissous (Fer

< 0,2 mg/l, Manganse < 0,05 mg/l) ;- La couleur ;- La teneur en matire organique ;

Caractristiques du rseau : contrairement ladsinfection par le chlore et ses drivs, une eautraite par UV ne contient pas une dose rsiduellede produit dsinfectant (absence deffet rmanent).Le rseau doit donc tre en bon tat et le temps desjour doit tre faible pour que la qualitbactriologique de l'eau ne se dgrade pas en avaldu traitement.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLa consommation lectrique des lampes dpend dela permabilit de leau aux UV. Elle peut tre de 10 15 Wh/m3 pour une eau de bonne qualit.

Une alimentation partir de panneauxphotovoltaques est rserve de trs petitesinstallations.

Par contre lalimentation partir dune picocentralehydrolectrique permet de traiter des dbitsimportants.

Tableau 6 Puissance installer pour lalimentation de strilisateurs ultraviolets

Dbit trait

m/jour


Wh/jour

Min Max Min Max Min Max

2 350 150 Wc 300 Wc

75 1 425 800 Wc 1 250 Wc

200 2 200 1 200 Wc 1 800 Wc 500

Strilisation parultraviolets

200 350 7 200 1 000 W

Nota: le traitement UV ncessite beaucoup plus d'nergie que la chloration. Cependant des programmes derecherche devraient permettre de dboucher court terme sur des solutions alliant UV et ENR et conomiesen nergie. 1

1 Programme europen JOULE-CRAFT coordonn par le COSTIC

MaintenanceLes oprations priodiques dentretien sont :

Nettoyage des lampes, gaines, hublot de contrleet filtres ;

Remplacement des lampes toutes les 7 000heures ;

Rglage de la cellule photolectrique par unlaboratoire spcialis ;

Suivi de la qualit de l'eau, avant et aprstraitement.

CotsLe prix dun petit strilisateur (2 10 m3/h) variede 4 000 F ht 20 000 F ht. Certains fabricantsproposent des systmes dj quips de modulesphotovoltaques.


20

LES SYSTEMES DASSAINISSEMENT

Trois grands groupes de filires existent pour lassainissement en milieu rural de collectivits infrieures 2 000 EH :

Les cultures fixes sur support grossier

- Lits bactriens

- Disques biologiques

Les cultures fixes sur supports fins.

Les cultures libres ;

- Boues actives

- Lagunage naturel

- Lagunage ar

La description approfondie de ces filires a fait lobjet dun document technique FNDAE [n22]. Lespossibilits offertes par les nergies renouvelables pour lalimentation de ces filires sont prsentes dansle prsent chapitre.

Dans chacune de ces filires, lutilisation dnergies renouvelables peut tre tudie dans les butssuivants :

Soit pour alimenter la station complte et viter le raccordement au rseau dun site isol ;

Soit pour diminuer la facture dlectricit et la puissance totale installe en nalimentant que certainsquipements priphriques de la station dpuration.

- Poste de relevage

- Dgrillage mcanique

- Agitateur

- Alarme-tlmesure

En plus de ces de filires, une technique particulirement adapte une alimentation par des nergiesrenouvelables mais ne faisant pas partie des systmes dassainissement collectif est prsente : lestoilettes sches.


21

Les cultures fixes sur support grossier

Ce groupe est constitu de deux filires : les lits bactriens et les disques biologiques.

Tableau 7 quipements susceptibles dtre aliments par des nergies renouvelables

LITS BACTERIENS DISQUES BIOLOGIQUES

Poste de relevageFonctionnement intermittent

Quelques heures / jourFonctionnement intermittent

Quelques heures / jour

DgrillageFonctionnement intermittent

Quelques minutes / heureFonctionnement intermittent

Quelques minutes / heure

Dcanteur - digesteur Pas de consommation lectrique Pas de consommation lectrique

Lits bactriens

Sprinkler motorisFonctionnement permanent

Pompes de recyclageEnviron 8 heures / jour

Disques biologiquesMoteur dentranement

Fonctionnement permanent

ClarificateurPompe de recirculation des boues

Environ 8 heures / jourPompe de recirculation des boues

Environ 8 heures / jour

Les cultures fixes sur support fin

En gnral ces quipements ne ncessitent pas dalimentation lectrique sauf dans certains cas pour desquipements annexes tels que des postes de relevage.


22

Les cultures libres

Ce groupe est form de trois filires : les boues actives en aration prolonge, le lagunage naturel, et lelagunage ar.

Tableau 8 quipements susceptibles dtre aliments par des nergies renouvelables

BOUES ACTIVEESLAGUNAGENATUREL

LAGUNAGE AERE

Poste derelevage

Fonctionnementintermittent






DgrillageFonctionnement

intermittentQuelques minutes / heure





Dgraisseur Dessableur

Pas de consommationlectrique

Bassindaration

Consommation tropimportante

Clarificateur

Pompe de recirculationdes boues

Environ 8 heures / jour

Pont racleurPermanent

paississeurPas de consommation

lectrique

Agitateur desilos boues


1 heure / jour

Arateur delagunes


Consommation tropimportante


23

POSTE DE RELEVAGE

Entre eauArationRefoulement

Plancher technique

Dtecteur de niveauhaut et bas

Photo 5 Poste derelevage

Documentationcommerciale SEBICO

PrincipeLa cuve reoit les eaux relever. Une ou deuxpompes places lintrieur les refoulent. Desinterrupteurs de niveau haut et bas mettent en routela pompe et larrtent. Le nombre de dmarrage parheure doit tre limit (maximum 10 dmarragespour les petites installations). Ces postes sontsouvent installs en tte des stations dpurationpour relever les eaux du rseau qui arrivent plusbas que linstallation.

Dimensionnement du systmeLe choix du poste de relevage est ralis partir dudbit deau relever et de la hauteur manomtriquetotale (HMT) de relevage (hauteur de relevage +pertes de charge dans la conduite). Ledimensionnement peut tre effectu par leconstructeur au cas par cas.

Pour le dimensionnement du systme, on rappelleque 1 EH correspond 150 litres deau traiter parjour.

Les postes de relevage doivent tre aliments en220 V alternatif ou 380 V triphas. Il faut donc tenircompte du rendement dun onduleur lors delestimation des consommations

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLa puissance est trs variable suivant le site et lacapacit de linstallation et la qualit des effluentstraits. Les rsultats suivants sont donns titreindicatif.

Tableau 9 - Puissance installer pour lalimentation dun poste de relevage

CapacitEH

Hauteurmanomtrique

Puissancedu poste

Dure defonctionnement


400 2,5 m 800 W4 heures par

jour4 kWh/jour

2 250 4 500 Wc

1 000 W

1 000 2,5 m 1 600 W4 heures par

jour8 kWh/jour 2 000 W

Suivantle site

Maintenance Tous les 6 mois environ (suivant le nombre

dheures) : vrification du niveau ou vidange delhuile de la pompe.

Tous les quatre mois environ : vrification desautomatismes, nettoyage des interrupteurs flotteur.

Rgulirement : nettoyage du panier de dgrillageet vrification que lorifice de la pompe nest pasbouch.

CotsA partir de 40 000 FRF ht.


24

DEGRILLAGE MECANIQUE

Alimentation eau brute

vacuationeau tamise

Trop plein

Racleur

vacuationdchets

Figure 7 Schma de principe dun dgrillage rotatif Photo 6 Dgrillage mcanique Documentation commerciale FB PROCDS

PrincipeUne grille place dans le circuit des eaux usesretient les particules grossires afin de protger lessystmes dpuration. Un peigne ou un rteauanim dun mouvement circulaire de mmetrajectoire que la grille vient les retirer. Un jecteursolidaire du chssis permet lvacuation dans unegoulotte ou un panier perfor.

Applications envisagesUn dgrillage est prsent lamont de toutes lesstations dpuration. En gnral, il est automatiquedans les stations avec lits bactriens, disquesbiologiques ou boues actives. Pour les autresinstallations il est souvent manuel ce qui peutentraner des incidents sil nest pas raliscorrectement.

Dimensionnement du systmeIl faut dterminer :

Lespacement des barreaux qui doit correspondreau passage le plus troit des appareilsmcaniques (en pratique de 2 4 cm)

La largeur et la hauteur immerge du dgrillage partir dabaques propres chaque constructeur.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLa puissance dun dgrillage automatique est delordre de 200 W. Suivant la capacit de la stationdpuration, le dgrillage sera utilis pendant desdures plus ou moins longues. En gnral,linstallation devra aussi alimenter le poste derelevage.

Tableau 10 Puissance installer pour lalimentation dun dgrillage automatique

CapacitPuissance du

dgrillageDure de

fonctionnementConsommation

lectrique

400 EH 200 W 2 min./h 160 Wh/jour 200 400 Wc 300 W

1 000 EH 200 W 5 min./h 400 Wh/jour 250 500 Wc 300 W

Suivant lesite

MaintenanceLentretien raliser est peu important. Il sagit desassurer rgulirement du bon fonctionnement dudgrillage. Pour plus de sret il existe destlalarmes qui se dclenchent lorsque laconsommation lectrique devient trop importante,signe que la grille est en train de se colmater.

CotsA partir de 40 000 FRF ht.


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LITS BACTERIENS

Entre eauxuses aprsdgrillage vacuation

eaux puresvers relevage

Supportsbiologiques

Dispositif rotatif Figure 8 Schma deprincipe dun lit

bactrien avec sortiebasse

PrincipeIl consiste faire ruisseler leau traiter sur unemasse de matriau dont la surface spcifique estde 50 200 m/m3 et servant de support aux micro-organismes purateurs.

Caractristiques techniques principales Situ aprs un dgrillage limitant la taille des

particules et vitant le colmatage du lit bactrien ; Traitement :

- La dispersion de leau traiter en surface du litest ralise par un dispositif tournant en contre-raction des jets deau ;

- Laration se fait par ventilation naturelle travers la masse filtrante, le transfert doxygnese ralise travers le film liquide enruissellement ;

- Clarificateur : permet lextraction des bouesproduites ;

- Une recirculation de leau en sortie du litbactrien et des boues en sortie du clarificateurest en gnral installe.

Dimensionnement du systmePour une station de 1000 EH (charge hydrauliquede 150 m3/j, charge organique de 50 kg DBO5).

Dcanteur digesteur : S rectangulaire = 36 m, V =180 m ;

Lit bactrien : V garnissage = 55 m - H mini = 2,5 mavec un taux de recyclage minimal gal 2 ;

Clarificateur : S = 16 m.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLe lit bactrien en tant que tel consomme peudnergie. Les consommations lectriquesproviennent essentiellement de deux postes :

Du dgrillage et du poste de relevage ; Des pompes de recirculation.

Au total ces consommations lectriques sontestimes :

2 300 kWh/an pour 400 EH ; 6 400 kWh/an pour 1000 EH.

Tableau 11 Puissance installer pour lalimentation dun lit bactrien

CapacitConsommation

lectriqueMin Max

400 EH 6 kWh/jour 3 300 Wc 6 600 Wc 500 W

1 000 EH 17 kWh/jour 1 000 W

Suivant lesite

MaintenancePassage frquent (2 fois par semaine) pourentretenir le tourniquet, et relever les compteurs.

CotsUn lit bactrien cote environ 65 000 FRF pourune capacit traite de 400 EH.


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DISQUES BIOLOGIQUES

Figure 9 Disquesbiologiques

Documentationcommerciale S&P

PrincipeIl sagit de la rotation d'une biomasse fixe sur desdisques tournant autour d'un axe horizontal etbaignant en partie dans l'eau traiter, de manire se trouver alternativement en contact avec cetteeau et l'oxygne de l'air.

Caractristiques techniques principalesElles sont spcifiques chaque produit. Dunemanire gnrale, le dispositif est constitu de :

Disques ; Motorducteur ; Paliers ; Dispositif de rgulation du dbit ; Cuves semi-cylindriques vitant les dpts ; Dflecteurs placs entre chaque biodisque,

produisant un brassage efficace et uneoxygnation importante.

Dimensionnement du systmeLe dimensionnement (nombre de disques,capacit des cuves...) est effectu par leconstructeur. Les donnes fournir sont : lacharge hydraulique, la charge biologique, latemprature extrieure, la temprature del'effluent, la nature du prtraitement s'il existe, laqualit de l'effluent dsire la sortie.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLa consommation lectrique provient de deuxpostes (hors poste de relevage et dgrillage) :

Du motorducteur pour lentranement desdisques ;

Des pompes de recirculation des boues.

Le tableau ci-aprs donne les consommationslectriques, en fonction de la surface des disquesdisposs sur un mme arbre, pour un produitdonn. Les disques tournent 24h/24h et la pompefonctionne une heure par jour.

Tableau 12 Puissance installer pour lalimentation de disques biologiques

Puissancedu moto-rducteur

Puissancede la

pompe

Consommation lectriqueCapacit

kW kW KWh/jour Min Max

100 EH 0,25 0,75 6,75 3 750 Wc 7 500 Wc 1 500 W

200 EH 0,5 0,75 12,75 1 500 W

350 EH 0,75 0,75 18,75 2 000 W

Suivant lesite

MaintenanceDes visites priodiques permettent de :

Nettoyer le dcanteur ; Entretenir le dispositif lectromcanique ;

Vrifier le bon fonctionnement de l'ensemble.

CotsLe cot de ce systme pour une capacit de 200EH est denviron 70 000 FRF TTC.


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LAGUNAGE NATUREL

Photo 7 Aration delagunage Meze (34)

PrincipeLe lagunage naturel est un procd extensif trsemploy (environ 15% du nombre total de stationsen France). Il a lavantage davoir de faibles cotsdinvestissement (800 FRF/EH au lieu de 2 000FRF/EH pour des installations classiques) et defonctionnement, et davoir un entretien simple.

Le lagunage naturel seffectue en trois tapes :

1re lagune : abattement de la charge polluantecarbone ;

2me lagune : abattement de lazote et duphosphore et rduction de la concentration analgues ;

3me lagune : parfait le travail ralis dans la 2me

lagune.

Pour rduire le dveloppement bactrien dans lapremire lagune, li notamment un effet destratification thermique, on peut envisagerlinstallation dune petite aration.

Dimensionnement de linstallationLa premire lagune dans le cas du lagunagenaturel doit avoir pour capacit 6 m par EH. Laprofondeur du bassin est denviron 1 m. Soit pourune installation de 400 EH une lagune de 2 400m.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueContrairement au lagunage ar, o il sagitdapporter la quantit doxygne ncessaire lpuration, laration dun lagunage naturel doitsurtout permettre un brassage des boues ensurface.

Ainsi, pour un lagunage ar, la puissancedaration ncessaire serait de 18 W/EH (soit 7,2kW pour 400 EH). Dans le cas du lagunagenaturel, on peut estimer la puissance ncessaire 3 W/EH (soit 1,2 kW pour 400 EH).

De plus, cette aration nest pas ncessaire surde longues priodes ce qui permet unfonctionnement au fil du soleil ou du vent.

Tableau 13 Puissance installer pour lalimentation dune aration de lagunage

ArationCapacit

P Min Max

200 EH 600 W 1 000 Wc 2 000 Wc 1 000 W

400 EH 1 200 W 2 000 Wc 4 000 Wc 1 500 W

1 000 EH 3 000 W 4 000 W

Suivant lesite


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AGITATEUR

Il sagit de brasser les boues liquides en attente dpandage

PrincipeLes stations dpuration produisent des boues dontle traitement final peut tre vari : incinration aprsschage, pandage agricole... Dans le cas delpandage agricole les boues sont assez liquides(siccit < 10%) et sont stockes dans des cuves ousilos qui sont vids tous les six ou sept mois.Durant ce laps de temps il faut viter lafermentation et la dcantation des boues en lesbrassant rgulirement laide dun agitateursubmersible. Il doit tre prvu partir dun volumedu silo suprieur 100 m.

DimensionnementOn peut considrer qu1 EH produit 1 litre par jourde boues. Le silo est vid tous les 6 mois. Doncpour une installation de 400 EH, le silo aura unvolume denviron 80 m. On peut alors se passerdun agitateur. Pour une station de 1 000 EH, le siloaura un volume denviron 200 m.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLordre de grandeur pour la puissance de lagitateur installer est de 20 W/m. La dure defonctionnement est denviron 1 heure par jour.

Tableau 14 Puissance installer pour lalimentation dun agitateur de silos boues

CapacitPuissancedaration

Consommation

1 000 EH 4 kW 4 kWh/jourDe 2 000 Wc

4 000 WcSuivant le

site

ALARME TELEMESURE

PrsentationLes installations de potabilisation et cellesdpuration, situes en site isol, peuvent avoirbesoin dtre quips de systmes de mesure et descurit.

La tltransmission peut concerner diversesmesures :

Niveau d'eau potable ou d'eaux uses ; Pressions ; Dbits d'eau potable ou d'eaux uses ; Fonctionnement du dgrillage ; Fonctionnement des appareils ; Mesure des caractristiques des eaux uses.

Cela peut permettre une tlgestion de l'installationou de plusieurs installations et la tlcommande

d'appareillage, notamment surveillance etasservissement de rservoirs d'eau potable et destation de pompage ou de reprise, surveillance depostes de relevage et de stations d'puration.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLe besoin en nergie dune installation detltransmission est de lordre de 80 Wh/jour. Lebesoin en nergie de linstallation de mesure est engnral trs faible. Ces consommations sontparfaitement adaptes lalimentation par modulesphotovoltaques. 1 module de 50 Wc serait le plussouvent suffisant.


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TOILETTES SECHES

Cest la solution la mieux adapte lassainissement en haute montagne.

Photo 8 Toilettessches Salernes (83)

RalisationCOSPHERE

TECHNOLOGIES

PrincipeIl sagit dun dispositif chute directe desexcrments, sans eau. Les toilettes schespermettent la collecte, le stockage etlasschement des matires fcales. Le principeest le suivant :

Sparation des matires fcales et des urines,de faon limiter trs fortement les odeurs et faciliter leur traitement et leur vacuation ;

Stockage et ventilation des matires fcales :ceci permet l'oxydation de la fraction la plusfermentescible ("pr-compostage") donc unedsodorisation partielle et un accroissement dela capacit de stockage ;

Infiltration des urines dans le sol, s'il le permet,ou stockage et vidange ;

vacuation des matires solides en fin desaison. Ces matires peuvent tre soit schesen cagettes dans la fosse puis incinres proximit (le rsidu sec tant combustible), soitmises en sacs et vacues vers un site adapt.

Dimensionnement du systmeUn W.C. permet 10 000 utilisations avantvacuation des matires solides.

Il faut prvoir une ventilation mcanique efficace,assurant en permanence le passage de l'airdepuis la cabine vers la fosse de rtention desmatires fcales. Cela garantit l'absence totaled'odeur dans la cabine, mme pendantl'utilisation.

Dimensionnement de linstallationnergtiqueLa ventilation est ralise par un ou deuxventilateurs de 1,2 W (24 V). Au total, la

consommation lectrique ne dpasse pas 60Wh/j. Le plus souvent, un module photovoltaqued'environ 50 Wc suffit.

Maintenance Nettoyage journalier de la cuvette ; vacuation des matires solides en fin de

saison ; vacuation des urines si le traitement in situ est

impossible.

CotsUne toilette cote au maximum 19 000 F ht.Linstallation dun systme complet (matriels +installation + cabine) revient entre 70 000 et100 000 F ht.

Schma dimplantation

Halldentre

Air frais

clairage

Planinclin

Air vici

Bloc sige

2 m

Fosse tanche l air

Porte d accs la fosse

La fosse peuttre en partieenterre

Figure 10 Vue gnrale du btiment


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Rcapitulatif

Les tableaux suivants rcapitulent les principales caractristiques des diffrents systmes prsents. Pourles systmes cultures fixes sur supports fins, certains quipements annexes (relevage, dgrillage) sontsusceptibles dtre aliments par des nergies renouvelables.

Tableau 15 Toilettes sches et cultures fixes

LITS BACTERIENSDISQUES

BIOLOGIQUESTOILETTES

SECHES

Capacit EH 300 2 000 400 1 000100 000

utilisations

Investissementpour 400 EH

FRF/EH 1 675 2 30070 100 000

FRF

Cotdexploitation

FRF/EH/an 75 75 -

Emprise au solpour 400 EH

m 550 55010 m

pour 2 toilettes

nergieconsomme

Wh/EH/jour 10 30 60 30 Wh/jour

Alimentation partirdnergies renouvelables

Tableau 16 Cultures libres

BOUES ACTIVEESLAGUNAGENATUREL LAGUNAGE AERE

Capacit EH 1 000 2 000 100 1 500 400 2 000

Investissementpour 400 EH FRF/EH 2 650 1 400 1 330

Cotdexploitation FRF/EH/an 120 50 65

Emprise au solpour 400 EH m 500 6 000 2 000

Alimentation partirdnergies renouvelables

Certains quipementsannexes

Certains quipementsannexes


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FICHES EXEMPLES

A travers les enqutes ralises plusieurs installations ont t slectionnes et sont prsentes dans lesfiches suivantes :

Station de chloration alimente par nergie photovoltaque ;

Station de chloration alimente par nergie hydrolectrique ;

Station dpuration par lagunage ar ;

Station de mesures de niveau.

Ces fiches prsentent le site aliment, les charges, le dimensionnement et quelques lments de cots.


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STATION DE CHLORATION

PRSENTATION

Installation Photovoltaque de : Ville de StFerrol des Ctes

Date de mise en service : juin 97

Objet de cette installation : Alimentationdune pompe doseuse afin de traiter leau parchloration de 2 rservoirs.

Besoins exprims : 120 Wh/j

Priode dutilisation : Annuelle

Puissance crte installe : 100 Wc

Conception de linstallation : TOTALNERGIE

Matre douvrage : Ville de St Ferrol des Ctes

Installateur : TOTAL NERGIE

DESCRIPTIF DE LINSTALLATION

1. 2 modules 50 Wc PHOTOWATT

2. Rgulateur charge / dcharge

3. Accumulateurs 140 Ah en C100- Tension nominale : 24V

4. Pompe doseuse PROMINENT

5. Rservoir 30 litres

6. Compteur impulsion

7. Asservissement de la pompe doseuse

8. Canalisation

ASPECTS CONOMIQUES

Cot total de l'opration: 90.000 FRF TTC

Arguments qui ont motiv le choix pour les photopiles : Le site tant isol, lalimentation parnergie photovoltaque tait la plus conomique.

(+)(-)

(+)

(-)

1

2

3

4

5

7

68


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STATION DE CHLORATION

PRSENTATION

Installation de : Col du Cou (Haute Savoie)

Objet de cette installation : Alimentation dunepompe doseuse de chlore

Besoins exprims : Traitement de 2 000 m/j 3000 EH


Puissance de la turbine : 400 W (220 V)

Conception de linstallation : PAVELEC

Matre douvrage : Syndicat Intercommunal desEaux des Moises

Installateur : PAVELEC


Picocentrale : Pompe turbine KSB Etanorme

Rgulateur : charge / dcharge

Accumulateurs : 105 Ah

Tension nominale : 12 V

Charges alimentes :- Une pompe doseuse Prominent- 2 chloromtres- Rgulation- Prise lectrique 220 V

ASPECTS CONOMIQUES

Cots :- Pompe doseuse + chloromtres : 64 000 FRF ht- Turbine : 22 000 FRF ht- Rgulateur : 7 500 FRF ht- Convertisseur : 7 000 FRF ht- Main duvre : 25 000 FRF ht Arguments qui ont motiv le choix pour la

picocentrale : site isol, ressources adaptes (dbitturbin : 80 m/jour hauteur : 60 m)

Remarques : la picocentrale est sur dimensionne parrapport aux besoins

Pico centrale hydro lectrique

Chloromtres

Pompe doseuse de chlore


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STATION DPURATION

PRSENTATION

Installation photovoltaque de : Villeveyrac (34)

Date de mise en service : 1999

Objet de cette installation : fourniture d'lectricit desarateurs de lagune

Besoins exprims : 4 032 Wh/j

Capacit de la station : 800 EH


Puissance crte installe : 4080 Wc

Conception de linstallation : APEX - BP SOLAREX

Matre dOuvrage : CEREMHER

Installateur : APEX - BP SOLAREX


Modules : 48 modules 85Wc type BP585

Systme au fil du soleil

Tension nominale : 192V courant continu

Onduleur : 3 x 3 000W

Charges alimentes : 3 arateurs de 550W 230V triphass

ASPECTS CONOMIQUES

Cot total : 240 000 FRF

Arguments qui ont motiv le choix pour les photopiles :loignement du rseau (suprieur 6 kms)

Renseignements concernant lexploitation delinstallation : suivi durant 2 ans par APEX et maintenanceralise par les services techniques de la CEREMHER aprsformation par APEX

Avis de lutilisateur : trs grande satisfaction du fait duservice rendu et du cot de l'opration

Les modules photovoltaques

Systme daration


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TLMESURE

PRSENTATION Installation Photovoltaque du : dpartement de la Loire Date de mise en service : 1996 Objet de cette installation : Alimentation dun systme de

chloration et de mesure de niveau dun chteau deau.

Besoins exprims : 112 Wh/j Priode dutilisation : Annuelle Puissance crte installe : 150 Wc Conception de linstallation : TRANSENERGIE Matre douvrage : Syndicat Intercommunal dlectricit

du dpartement de la Loire (SIEL)

Installateur : Socit Damnagement Urbain et Rural (SAUR)

DESCRIPTIF DE LINSTALLATION Modules : 3 modules 50 Wc (PWX 500 PHOTOWATT) Rgulateur : 1 rgulation charge / dcharge TOTAL NERGIE avec voyants de visualisation et

diode anti-retour

Accumulateurs : 240 Ah en C100 Tension nominale : 12 V Charges alimentes : Les quipements aliments sur ce site permettent dassurer les fonctions

suivantes :- La surveillance permanente de niveau deau ;- La transmission permanente des messages dalarme par transmetteur de type SOFREL (puissance

0,48 W) ;

- La chloration de leau en utilisant un systme de chloration de type HITEC (puissance 24 W).

ASPECTS CONOMIQUES Arguments qui ont motiv le choix pour les photopiles : Lalimentation de linstallation par nergie

photovoltaque tait plus conomique

Renseignements concernant lexploitation de linstallation : Le transmetteur dalarme permet latransmission par rseau tlphonique commut (RCT) du fonctionnement de linstallation technique.Trs utile en cas de dysfonctionnement, il peut dclencher lintervention du service charg de lamaintenance. Le systme de chloration traite 500 m3 deau par jour, par injection de gaz. Pour chaquem3 deau, la pompe doseuse met une impulsion qui entranera louverture ou la fermeture dellectrovanne.

Emplacement des modules


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PRINCIPAUX INTERVENANTS

nergies renouvelables

Associations :Comit International des nergies Nouvelles Tarbes (65) 05 62 93 93 13

Comit de Liaison des nergies Renouvelables Paris 01 46 59 04 44ENERPLAN Le Castellet (83) 04 94 32 70 08

Syndicat des Energies Renouvelables Neuilly sur Seine (92) 04 41 49 55 01

ADEME :Agence De lEnvironnement et de la Matrise de lnergie Paris 01 41 09 70 59

Agence De lEnvironnement et de la Matrise de lnergie Sophia Antipolis (06) 04 93 95 80 02Agence De lEnvironnement et de la Matrise de lnergie Dlgations rgionales

Photovoltaque Fabricants et Ensembliers :APEX BP SOLAREX Lavrune (34) 04 67 07 02 02

FORTUM AES (ex NAPS France) Marne la Valle (77) 01 60 97 95 60

PHOTOWATT Bourgoin Jallieu (38) 04 74 93 80 20

SOLEMS Palaiseau (91) 01 60 97 95 60

TOTAL NERGIE La Tour de Salvagny (69) 04 78 48 88 50

VERGNET Ingr (45) 02 38 22 75 00

Photovoltaque Bureau dtudes :JURA NERGIE SOLAIRE Colonne (39) 03 84 37 57 00

SERT cully (69) 04 72 18 02 03

SIBILLE LECTRONIQUE Lyon (69) 04 78 83 31 73

TECSOL Perpignan (66) 04 68 68 16 40

TENDANCIEL St Michel / Orge (91) 01 69 46 22 00

TRANSNERGIE cully (69) 04 72 86 04 04

olien Ensembliers :ECOLAB Plancy (10) 03 25 37 40 15

France Inole neufchteau (88) 03 29 06 19 33

VERGNET Ingr (45) 02 38 22 75 00

Picocentrales hydrolectriques Ensembliers :CISMAC Bivres (91) 01 69 41 18 31

ECOWATT Clamensane (04) 04 92 68 34 54

SOGECO HYDROENERGIE Die (26) 04 75 22 12 15

Energies Renouvelables Recherches appliques:COSTIC Digne (04) 04 92 31 19 30

Ecole Des Mines De Paris Sophia Antipolis (06) 04 93 95 75 75

GENEC St-Paul les Durance (13) 04 42 25 20 46


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Potabilisation

Chloration Fabricants de produits :ADY Chassieux (69) 04 72 47 74 84

CIFEC Neuilly (92) 01 46 40 49 49

Strilisation Ultra Violet Fabricants de produits :HYDRO SYSTMES Roquefort la Bdoule (13) 04 42 73 03 92

SIBILLE LECTRONIQUE Lyon (69) 04 78 83 31 73

WEDECO KATADYN Roissy en Brie (77) 01 60 34 50 90

puration

Toilettes sches :COSPHRE TECHNOLOGIES Nyons (26) 04 75 26 10 44

Lits bactriens :BIOTYS Seclin (59) 03 20 32 91 46

ELOY & FILS Belgique (+32) 4 382 34 44

SIMOP Saint Sauveur (50) 02 33 95 88 00

UDATI Sartrouville 01 30 86 86 03

Disques biologiques :ERI DELUZET Chatillon (36) 02 54 38 74 90

PLASTIQUE MTAL TECHNOLOGIE Barby (73) 04 79 71 09 71

Boues actives :FLOM Couzon (69) 04 78 22 62 61

HYDROTEC La Garenne Colombes (92) 01 47 82 36 00

VOR ENVIRONNEMENT Saint Genies (31) 05 61 74 31 71

Lagunage arCERSEE Douai (59) 03 27 99 89 90

Alarmes tltransmissions :

HITEC Champlan (91) 01 69 74 10 90

MOTOROLA Antony (92) 01 30 43 17 17

VEGA Nordhouse (67) 03 88 59 01 50


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CONCLUSION

Lapplication des nergies renouvelables lalimentation lectrique de systmes de traitement deau estdj une ralit. Elle devrait encore se dvelopper dans les annes venir car les besoins sont importants.

Le dveloppement a commenc par le traitement de leau potable car les sites sont trs souvent loignsdu rseau lectrique. De plus les besoins nergtiques sont assez faibles. Ces deux remarques(loignement du rseau et puissance fournir faible) sont autant de facteurs de dveloppement desnergies renouvelables et expliquent leur succs dans ce domaine. Dans le cadre du traitement deaupotable, les deux traitements possibles sont la dsinfection par chloration ou par rayons ultraviolets. Ilspeuvent tre aliments par des panneaux photovoltaques ou par une picocentrale hydrolectrique (si lesite le permet).

Une enqute, non exhaustive, nous a permis de rpertorier environ 80 installations de potabilisation parchloration et seulement une petite dizaine d'installations de potabilisation par rayons UV.

Comme on peut le constater, les nergies renouvelables concernent le plus souvent les installations dechloration, peu consommatrices d'nergie. Le traitement UV ncessite lui beaucoup plus d'nergie.Nanmoins les communes prfrent souvent s'quiper de strilisateurs UV qui prsentent l'avantage de nepas altrer le got de l'eau et de ne pas ajouter de produits chimiques cette eau. Des recherches menesactuellement devraient dboucher trs rapidement sur des solutions alliant UV, nergies renouvelables etconomies en lectricit.

Nous n'avons rencontr que 7 installations de traitement d'eaux uses o intervenait une nergierenouvelable. Les stations d'puration sont en effet souvent peu loignes des habitations donc du rseaulectrique. De plus, suivant les filires de traitement choisies, les besoins nergtiques peuvent tre soitinexistants, soit trs levs. Pendant longtemps, l'assainissement n'a pas t une priorit pour lescommunes. Avec l'obligation d'installer les traitements ncessaires d'ici le 31 dcembre 2005, le nombred'installations devrait se multiplier.

Dans ce cadre, les applications envisageables sont :

Lalimentation lectrique de systmes dpuration tels que les lits bactriens, les toilettes sches ou lesdisques biologiques ;

Lalimentation dappareils annexes aux stations dpuration : dgrillage mcanique, poste de relevage,aration de lagunes, agitateur de silos boues, alarmes.

Ces applications peuvent tre alimentes partir de panneaux photovoltaques, de pico centrales hydrolectriques ou darognrateurs en fonction de la taille des installations.

Si linstallation de panneaux photovoltaques et de picocentrales est bien matrise, lutilisationdarognrateurs pour ce type dinstallation est encore trs peu frquente malgr les possibilits offertespar lnergie olienne.

Les nergies renouvelables ont donc un potentiel certain de dveloppement dans le domaine du traitementde leau pour les communes rurales. Ce document devrait permettre dinformer les dcideurs sur cespossibilits et les aider dans leur choix dune filire de potabilisation ou de traitement deaux uses.

Documents

Fndae 23