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Evaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers

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par Evens EMMANUEL
INSA de Lyon - Thèse de doctorat 2004
  

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III. Élaboration de la méthodologie d'évaluation des risques écotoxicologiques - Etude d'un scénario fréquemment rencontré dans les pays industrialisé.

III.1. Présentation de la problématique générale de la gestion des effluents hospitaliers dans les pays industrialisés

Dans les pays industrialisés les effluents hospitaliers sont le plus souvent rejetés au même titre que les effluents classiques urbains (figure 26) dans le réseau d'assainissement communal sans traitement préalable (LEPRAT, 1998 ; CLIN PARIS-NORD, 1999).

Certains des polluants présents, particulièrement les résidus de médicaments et les composés organo-halogénés, quittent les stations d'épuration avec peu de dégradation (Kümmerer, 2001). Ainsi, des polluants d'origine hospitalière ont été mesurés dans les effluents des STEP ainsi que dans les eaux de surface (Sprehe et al, 1999). Les hôpitaux sont alors identifiés comme une source incontestable d'émissions de composés chimiques dans les écosystèmes aquatiques (Jolibois et al, 2002).

Les informations disponibles dans la littérature mettent en évidence la toxicité élevée des effluents hospitaliers sur les organismes aquatiques (Johannin, 1999; Emmanuel et al., 2002); ainsi que souvent une très faible concentration de la flore bactérienne (Bernet et Fines, 2000). La faible concentration de la flore bactérienne et l'écotoxicité des effluents hospitaliers ont été attribuées par certains auteurs à la présence de médicaments et de désinfectants dans les effluents hospitaliers (Deloffre-Bonnamour, 1995).

Réseau d'assainissement de l'hôpital

\

\

STEP

p

Eaux de surface

\

Effluents
classiques
urbains

Réseau d'assainissement urbain

Effluents des activités de soins et de recherches
médicales (radioéléments, désinfectants,
détergents, résidus de médicaments, ...)

Eaux souterraines

Rejets
dom estiques

industriels
de l'hôpital

Figure 26 : Problématique des effluents hospitaliers dans les pays industrialisés

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

La présence de polluants d'origine hospitalière dans les milieux aquatiques conduit donc à prendre en considération l'éventualité de risques pour les organismes vivants qui les peuplent. Les effets des molécules concernées sur les écosystèmes aquatiques ont fait l'objet de premières études (Kümmerer et al, 1997; Halling-Sorensen et al, 1998; Sprehe et al, 1999). Le devenir du glutaraldéhyde par exemple, un désinfectant largement utilisé dans le nettoyage des endoscopes, est reporté dans la littérature (Jolibois et ai, 2002). Cependant, peu d'études traitent du risque global lié à l'exposition simultanée aux différents polluants présents dans les effluents hospitaliers.

La législation française fixe les conditions pour le raccordement du réseau de drainage sanitaire des hôpitaux au réseau d'assainissement urbain (MATE, 1998). Dans le règlement N° 793/93 sur l'exposition des personnes et des écosystèmes aux substances toxiques classées, l'Union Européenne fait exigence à ses Etats membres de réaliser une évaluation des risques sanitaires et écologiques pour un ensemble de substances notamment : les médicaments, les désinfectants et les substances radioactives. Ces dispositions réglementaires s'inscrivent dans le contexte de la gestion des risques concernant l'homme et sa santé, et également dans la gestion de ceux concernant l'équilibre biologique des écosystèmes naturels. D'une manière très générale, la gestion des risques passe toujours -- formellement ou non -- par une étape préalable d'évaluation (Babut et Perrodin, 2001).

111.2. Présentation des différentes étapes de la méthodologie d'évaluation des risques écotoxicologiques élaborée pour le cas étudié

La démarche que nous avons élaboré pour l'évaluation des risques écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers dans les pays industrialisés comprend deux étapes principales :

- une étape « légère » basée sur une caractérisation des dangers liés aux effluents hospitaliers,

- et, si un danger est avéré, une étape plus « lourde », basée sur une évaluation des

risques écotoxicologiques liés au rejet de ces effluents dans le réseau collectif urbain, puis au milieu naturel.

Nous présentons ci-après les procédures élaborées pour ces étapes « évaluation des dangers » et « évaluation des risques », pour les effluents d'un service de maladies tropicales et infectieuses d'un hôpital se trouvant dans une grande ville du Sud-est de la France.

111.3. Etape "Evaluation des dangers écotoxicologiques"

La démarche élaborée pour l'évaluation des dangers écotoxicologiques (figure 27) est

basée sur une caractérisation des effluents hospitaliers en fonction de :

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

- de leur composition chimique (mesure des paramètres globaux et des éléments en trace) ;

- de leur flore bactérienne (mesure du nombre le plus probable « NPP » de coliformes fécaux) ;

- de leur écotoxicité intrinsèque (mise en oeuvre des essais de luminescence bactérienne, de toxicité sur la croissance des algues et de toxicité sur la mobilité la daphnie).

Les paramètres retenus pour ces caractérisations sont :

- la DCO et la DBO5 pour la mesure de la charge organique globale;

- les AOX (composés organo-halogénés adsorbables sur charbon actif) pour l'évaluation de

la teneur en composés organo-halogénés;

- les métaux (arsenic, cadmium, chrome, cuivre, mercure, nickel, plomb et zinc) pour la

caractérisation de la pollution minérale;

- le nombre de coliformes fécaux pour la caractérisation de la flore bactérienne et pour une

détection indirecte de la présence massive de désinfectants et/ou d'antibiotiques ;

- la mesure de la luminescence bactérienne (Vibrio fischen), de la croissance algale

(Pseudokirchnerie//a subcapitata) et de la mobilité de la daphnie (Daphnia magna) pour la caractérisation de l'écotoxicité intrinsèque des effluents.

 
 

Effluents d'un collecteur (principal ou service spécialisé) de l'hopital

 

I

1 1

 

Caractérisation chimique CC

- paramètres globaux

- éléments en trace

 

Caractérisation microbiologique CM coliformes fécaux

 
 
 
 
 

Essais d'écotoxicité (UT)

- luminescence bactérienne

- croissance des algues

- mobilité de la daphnie

10 NPP

Seuil

 

UT non

,

Effluents non dangereux pour

 
 
 
 
 
 

Effluents dangereux pour les

 

Hypothèses de travail:

- présence de désinfectants et

de détergents

- présence d'antibiotiques

 
 

.


·

 


·

 
 

Evaluation des risques écotoxicologiques

 
 
 

Figure 27: Logigramme de la démarche élaborée pour l'évaluation des dangers
écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Les mesures effectuées pour ces différents paramètres sont comparées à des valeurs seuils qui ont été établies de la manière suivante :

- paramètres globaux et polluants : valeurs limites réglementaires pour le rejet des effluents dans les réseaux d'assainissement urbains (tableau 21);

- paramètres écotoxicologiques : valeurs seuils fixées à 2 Unités Toxiques (UT) (EPA, 1989) pour chacun des organismes tests sélectionnés;

- paramètre microbiologique : valeur seuil fixée à 1x108 coliformes pour 100 mL, valeur correspondant à la teneur moyenne de ces bactéries fécales dans les effluents urbains classiques (METCALF et EDDY, 1991).

NB : Dans le cadre de l'évaluation des risques sanitaires liés au rejet des effluents hospitaliers (présentée dans le paragraphe précédent), la concentration en coliformes fécaux est utilisée comme un indicateur du degré de pollution des eaux par des germes fécaux. Elle est considérée ici comme un indicateur indirect de la présence massive d'antibiotiques et/ou de désinfectants.

Tableau 21: Synthèse des valeurs seuils retenues

Paramètres

Valeurs seuils

Origine

 
 

Physico-chimie

 
 

DBO5

30 mg/I

(MATE, 1998)

DCO

125 mg/I

MATE, 1998)

AOX

1 mg/I

MATE, 1998)

Arsenic

0,004 mg/L

MATE, 1998)

Cadmium

0,001 mg/L

MATE, 1998)

Chrome

0,5 mg/I

MATE, 1998

Cuivre

0,5 mg/I

MATE, 1998

Mercure

30x10-6 mg/L

MATE, 1998)

Nickel

0,5 mg/I

MATE, 1998

Plomb

0,5 mg/I

MATE, 1998

Zinc

2 mg /I

MATE, 1998

Bactériologie

 
 

Coliformes fécaux

1x108

Metcalf et Eddy,
1991

Bioessais

 
 

Vibrio fischeri 30 min

2 UT

 

Pseudokirchnerie//a subcapitata 72 h

2 UT

 

Daphnia magna 48 h

2 UT

 

Pour tout rapport Cp/V5> 1 (Cp : concentration en polluants dans les effluents hospitaliers ; V5: valeurs seuils) et pour toute concentration en coliformes fécaux inférieure à 1x108 NPP pour 100mL, la démarche recommande de passer à l'étape suivante d'évaluation des risques écotoxicologiques.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Il est nécessaire de souligner que dans cette démarche, et comme c'est le cas observé dans presque tous les hôpitaux où une politique de lutte contre les infections nosocomiales est appliquée, la flore bactérienne et la concentration moyenne pour les paramètres physico-chimiques des effluents ne varient pas dans le même sens. Ce qui permet d'avancer que « Moins élevée est la flore bactérienne des effluents hospitaliers, plus élevée sera la toxicité aiguë des polluants organiques et minéraux sur les organismes aquatiques».

Elaborée à partir des informations rapportées dans la littérature sur les problèmes environnementaux posés par les effluents hospitaliers dans les espaces urbains, cette démarche permet de mieux appréhender l'analyse de l'exposition des écosystèmes à ces effluents. Elle répond parfaitement à l'illustration de la problématique environnementale des effluents hospitaliers, telle que présentée dans la figure 26. Cependant, il paraît évident que son application se limite uniquement à des schémas généraux où le réseau d'assainissement de l'hôpital est raccordé au réseau d'assainissement urbain et où les effluents sont finalement traités dans la station d'épuration communale.

111.4. Etape "Evaluation des risques écotoxicologiques"

L'évaluation des risques écotoxicologiques est un sous-ensemble de l'évaluation des risques écologiques et peut donc, à ce titre, être traitée selon une approche du même type. L'évaluation des risques écologiques consiste à évaluer la probabilité que des effets écologiques défavorables arrivent par suite de l'exposition à une ou plusieurs substances dangereuses ou toxiques (U.S. EPA, 1992). Comme cela a présenté dans le détail dans le chapitre 2, elle se conduit classiquement en 3 phases: la formulation du problème, la phase d'analyse (comprenant la caractérisation de l'exposition et des effets) et la caractérisation finale des risques (figure 6).

111.4.1. Formulation du problème

Cette première étape de l'évaluation des risques écologique est une étape critique. Son objectif est de cadrer les phases d'analyse et de caractérisation, en identifiant précisément les données à acquérir, les techniques de mesure ou d'évaluation et le cadre d'interprétation (BABUT et PERRODIN, 2001). Cette phase comprend essentiellement deux éléments (U.S. EPA, 1998a): (a) la description détaillée du contexte et l'intégration des données disponibles, (b) l'élaboration du modèle conceptuel et la sélection des paramètres d'évaluation des effets.

Les paramètres d'évaluation des effets (ou points finaux de mesure) sont une expression formelle de ce que l'on veut protéger ou évaluer dans les écosystèmes concernés (SuTER, 1993). Ils représentent des éléments de l'écosystème susceptible d'être affectés par le ou les facteurs de risque étudiés, sans pour autant nécessairement être directement mesurables (EPA, 1998).

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Le modèle conceptuel est une série d'hypothèses basées sur les relations entre les sources du « stress » étudié, les effets de ce stress et les « points finaux de mesure - ou paramètres d'effet » (EPA, 1998).

a. Description du contexte de cette évaluation écotoxicologique

Cette description, qui a pour but d'appréhender au mieux l'exposition des écosystèmes aux effluents hospitaliers, a été réalisée pour un scénario de gestion des effluents hospitaliers couramment observé dans les pays industrialisés. Celui-ci prévoit le raccordement du réseau d'assainissement de l'hôpital au réseau d'assainissement urbain, ainsi que le traitement des eaux urbaines dans une station d'épuration biologique qui rejette ses propres effluents dans le milieu naturel.

Une description synthétique de ce scénario est présentée dans la figure 28. Les traits pleins ( ) indiquent les transports et transferts des polluants qui sont pris en compte dans l'évaluation,

alors que les traits en pointillés ( ) indiquent ceux qui ne sont pas pris en compte.

Réseau d'assainissement de l'hôpital Hôpital

STEP

Air

Rivière /


·

Zone non saturée (sol semi-perméable)

Réseau d'assainissement urbain

V V V


·

Nappe phréatique (Zone saturée)

y

Figure 28: Présentation synthétique du scénario étudié

b. Les espèces exposées et les écosystèmes concernés

Le scénario met en jeu deux types d'écosystèmes (tableau 22) qui sont exposés aux polluants contenus dans les effluents hospitaliers :

- les écosystèmes artificiels représentés dans le contexte de cette évaluation par la STEP,

- les écosystèmes naturels représentés dans le cadre de cette étude par l'air, le sol, les eaux de surface et la nappe phréatique.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Tableau 22: les écosystèmes concernés

Ecosystèmes

Eléments susceptibles d'être affectés

Artificiels

STEP

les bactéries et les algues et les protozoaires (dans le cas où les unités de traitement biologique disposent de réacteurs de décomposition fonctionnant sous le mode « aérobie »).

Naturels

Air

les oiseaux essentiellement et les insectes

Sol

les microorganismes du sol ;

les insectes et les vers de terre ; les végétaux du sol.

Eaux de surface

les producteurs primaires (phytoplancton), dont des algues vertes uni et pluricellulaires ;

les consommateurs primaires (invertébrés), en particulier des crustacés;

et les consommateurs secondaires, dont les

poissons et les oiseaux aquatiques.

Nappe phréatique

la protection des ressources en eau douce

c. Elaboration du modèle conceptuel et choix des paramètres d'évaluation

Dans le scénario présenté, les différents polluants contenus dans les effluents hospitaliers vont transiter dans les canalisations du réseau d'assainissement urbain, voie de transfert de ces substances vers la STEP. Les polluants qui résistent aux mécanismes d'épuration de la STEP vont ensuite migrer dans les eaux de surface. Dans ces conditions, l'exposition des écosystèmes cibles se fera essentiellement par le biais de la dilution des polluants dans le réseau et la station tout d'abords, puis à leur arrivée dans le milieu naturel. Les voies d'exposition potentielles liées aux fuites du réseau vers le sol et/ou la nappe n'ont pas été prises en compte dans le cadre de cette étude. Par ailleurs, il ne faudra pas oublier, au moment de l'interprétation finale, les phénomènes de transformation biologique et physico-chimique qui concernent potentiellement certains polluants tout au long de leur parcours dans le réseau, la STEP et à leur arrivée dans le milieu naturel.

Pour la caractérisation des effets, deux hypothèses de travail ont été fixées :

- hypothèse 1 : "le rejet des polluants hospitaliers dans la STEP ne devra pas perturber les processus d'épuration biologique des eaux usées, en portant atteinte à la communauté d'organismes chargée de la décomposition biologique de la matière organique";

- hypothèse 2 : les effluents de la STEP recevant les effluents hospitaliers ne devront pas entraîner d'effets sur les espèces vivantes des milieux aquatiques naturels".

Pour l'évaluation des effets des polluants d'origine hospitalière sur la survie des bactéries, la croissance des algues et la survie des crustacés d'eau, il a été choisi de travailler avec des essais écotoxicologiques standardisés. Dans ces conditions, les bactéries sont représentées par « Vibrio fischeri», les espèces constituant les producteurs primaires (phytoplancton) sont représentées par l'algue « Pseudokirchneriella subcapitata » , et le crustacé d'eau douce « Daphnia magna Strauss» assure la représentation des consommateurs primaires.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

La figure 29 présente le modèle conceptuel résultant de ces choix d'application.

Source Transfert

Ecosystèm es

Collecteur principal du réseau d'assainissement de l'hôpital

J i

Réseau d'assainissement urbain {Facteur de dilution : F, }

Eaux de surface

STEP communale

{Facteur de dilution : F2 }

{Facteur de dilution : F3 }

Mesures

B : bactéries (luminescence)

 

Effets

 
 
 
 

A : algues (croissance)

C : crustacés (mobilité de la daphnie)

Figure 29: Modèle conceptuel du scénario étudié

La STEP, les eaux douces de surface et les espèces des deux premiers niveaux trophiques sont les seules cibles retenues dans le cadre de cette évaluation. La non prise en compte des autres écosystèmes et des autres espèces ne signifie pas que ceux-ci soient de moindre importance sur le plan écologique, mais simplement qu'ils n'ont pas été pris en compte dans cette première étape de l'élaboration de la méthodologie.

En complément des paramètres d'évaluation sélectionnés, un certain nombre de mesures complémentaires ont été réalisées afin de mieux expliquer les résultats obtenus. Le tableau 23 présente l'ensemble des paramètres physico-chimiques et microbiologiques suivis.

Tableau 23 : Paramètres physico-chimique et microbiologiques mesurés

Type de Caractérisation

Paramètres

Physico-chimique

DBO5, pH, DCO, AOX, CT, COT, Cl-, M EST, As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn, Ag, Hg

Microbiologique

Coliformes fécaux,

Entérocoques fécaux,

Spores anérobies sulfito-réductrices

111.4.2. Phase d'analyse

Cette phase consiste en l'acquisition de données nécessaires à la caractérisation de l'exposition des différentes écosystèmes concernés et à la caractérisation des effets des polluants sur les écosystèmes.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

La caractérisation de l'exposition consiste en principe à déterminer les probabilités de contact entre le facteur causal (stresseur) et les « cibles » (récepteurs) (EPA, 1998). Elle passe donc en général par l'analyse des sources, des transferts depuis ces sources, et de la distribution du contaminant dans l'environnement. Cette analyse peut être réalisée à l'aide de calculs théoriques (bilan hydrique du site sur la base des données issues de l'étude hydrogéologique du site par exemple) ainsi que sur la base de résultats expérimentaux (tests en colonne pour évaluer le transfert des polluants dans le contexte du bilan hydrique, par exemple) (BABUT et PERRODIN, 2001). Dans le cas présent, et compte tenu des simplifications effectuées, l'acquisition des données concernant les différentes dilutions des effluents hospitaliers dans le réseau et le milieu aquatique naturel sera suffisante pour calculer les concentrations d'exposition des organismes cibles aux effluents étudiés.

La caractérisation des effets s'appuie elle sur des approches biologiques, incluant principalement des bioessais et des bio indicateurs (DILLoN et GIBBON, 1990; BURTON et al., 1992; BURTON et MCPHERSON, 1995; BABUT et PERRODIN, 2001).

La mise en oeuvre concrète de la phase d'analyse pour le site d'application étudié est présentée ci-après.

Caractéristiques générales du site d'étude

Les effluents liquides d'un centre hospitalier universitaire d'une grande ville de Sud-est de la France ont été utilisés pour la réalisation de la phase expérimentale de cette étude. Il s'agit d'un hôpital de taille moyenne, de 750 lits environ. La consommation en eau de l'hôpital est estimée à 1m3/lit/jour. Les rejets liquides des différents services sont déversés dans le réseau d'assainissement de l'hôpital. Ce réseau est constitué de plusieurs collecteurs répartis par service ou groupe de services connexes. L'institution dispose d'un réseau d'égout combiné (eaux pluviales + eaux vanne). A priori, l'existence d'un tel réseau peut occasionner une augmentation de la concentration des substances azotées durant les premiers jours de pluie et une dilution (réduction de la concentration) de tous les polluants azotés ou non durant les autres jours de pluie (Harremoes et Sieker, 1993). Ce réseau peut également provoquer une augmentation ponctuelle de la teneur de certains métaux lourds, notamment le zinc.

Prélèvement des échantillons

Deux campagnes de prélèvements (2001 et 2002) d'échantillons d'effluents liquides ont été réalisées sur le site. Durant les deux campagnes, les prélèvements ont été effectués uniquement sur les effluents d'un service de maladies infectieuses et tropicales. Ce choix est justifié par le fait que ce service traite, entre autres, deux pathologies qui sont endémiques en Haïti « la tuberculose et le paludisme ». L'objectif a été d'identifier sur le plan métrologique des indicateurs qui se révèleraient très pertinents pour les travaux de caractérisation à réaliser sur les effluents liquides d'un hôpital d'Haïti.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Point de prélèvement des échantillons de la campagne de 2001

Le service retenu a une capacité de 144 lits. Ses effluents sont directement déversés dans le réseau spécifique qui lui est attribué. Ce système d'égout est constitué de canalisations de 250 à 500mm de diamètre et de deux regards de 1m2 de surface. et de 4 m de hauteur. La figure 30 reproduit partiellement la vue en plan des regards. Les prélèvements d'échantillons pour les différentes analyses de laboratoire et les mesures de débit ont été effectués sur le regard R2.

 

Légende

 

C1

C1 : Canalisation n° 1

 
 
 
 
 

A

C2 : Canalisation n° 2

 
 

R1

 

C3

R2

C3 : Canalisation n° 3

C2

 
 
 
 
 

C4 : Canalisation n° 4

 

--

 

--

 
 

R1 : Regard n° 1

 
 
 
 
 
 

R2 : Regard n° 2

 
 

A/".1

 
 
 
 

C4

Vers le collecteur principal de l'hôpital

Figure 30 : Vue en plan des deux regards (dessin non à l'échelle) La figure 31 présente la coupe transversale « M' » du regard R2.

 
 
 
 
 
 
 

à

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Canalisations

 
 
 
 
 
 
 
 

4,11 m

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Figure 31 : Vue de la coupe transversale « AA' » du regard R2 (dessin non à l'échelle)

Le tableau 24 fournit les informations techniques du système d'égout considéré.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Tableau 24 : Données techniques sur les regards et les conduites hydrauliques

Ouvrages

Surface

Hauteur : R
et
Diamètre : C

Côte
inférieure

Côte
supérieure

Débit
maximum
admissible

R1

1,00 m2

4,11 m

242,78 m

246,89 m

-

R2

1,00 m2

4,30 m

242,45 m

246,70 m

-

Cl

0,05 m2

250 mm

-

-

38 L/s

C2

0,07 m2

300 mm

-

-

79 L/s

C3-

 

-

-

-

-

C4

0,20 m2

500 mm

-

-

360 L/s

Horaire des prélèvements

Les différentes analyses physico-chimiques (à l'exception de l'argent) sont réalisées à partir d'échantillons moyens d'effluents, qui sont prélevés pendant cinq jours à raison de trois prises ponctuelles par jour et d'un volume total de 1 litre par prise. En se basant sur l'hypothèse que les concentrations maximales pour les différents polluants peuvent être observées durant le jour, l'horaire suivant a été adopté pour les prélèvements :

a- un prélèvement entre 8:30 et 10:30 heures

b- un prélèvement entre 11:30 et 13:30 heures

c- un prélèvement entre 17:00 et 19:00 heures.

Méthode de prélèvement et traitements des échantillons

La méthode de prélèvement manuel instantané a été utilisée pour la collecte des échantillons. A l'exception des échantillons destinés aux examens bactériologiques qui ont été placés dans des récipients en plastique contenant du thiosulfate, tous les échantillons ont été placés dans des flacons parfaitement propres en verre. Les récipients ont été rincés au moment de l'emploi avec l'eau à examiner, et remplis complètement. Les récipients, contenant les échantillons de rejets liquides, ont été soigneusement étiquetés et conservés à 4 °C. Ils ont été transportés jusqu'au laboratoire dans un laps de temps ne dépassant pas 3 heures. Un échantillon moyen par jour a été réalisé juste après le troisième prélèvement.

Les paramètres mesurés en 2001 et leur protocole d'exécution

Pour des raisons pratiques, on a jugé utile de sous-traiter le dosage de certains paramètres à des laboratoires de routine, certifiés ISO « Bonne Pratique de Laboratoire ». Le tableau 25 détaille les paramètres mesurés, les laboratoires et les protocole d'exécution.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Tableau 25 : les paramètres mesurés en 2001 et les laboratoire d'exécution

Paramètres

Laboratoire

Protocole d'exécution

MEST

LAEPSI-INSA

NF EN 872

DBO5

Lab. WOLFF Env.

NF EN 1899-1, 05/98

DCO

POLDEN-INSA

HACH

Phosphore total

Lab. WOLFF Env.

NF EN ISO 11885

CU

Lab. WOLFF Env.

NF EN ISO 10304-2

Ag+

ICP-AES

NF EN ISO 11885

Hg+

Lab. WOLFF Env.

XP 90-113-2, 02/97

AOX

Lab. WOLFF Env.

NF EN 1485, 10/96*

pH

LAEPSI - INSA

NF T90-008

Température

LAEPSI - INSA

 

Conductivité électrique

LAEPSI - INSA

NF EN 27888, ISO 7888

COT

Wessling de Lyon

EN 1484

MICROTOX

L.S.E. - ENTPE

NF T 90-320, 08/91

Daphnia magna Straus

POLDEN - INSA

NF T 90-301/NFEN ISO 6341

Coliformes fécaux

Laboratoire Santé Environnement

NF T 90-413

Streptocoques fécaux

Hygiène (LSEH) de Lyon

XP T 90-411

* Adsorption en batch

Campagne de prélèvement de 2002

La campagne de prélèvement de l'année 2002 a été réalisée dans les mêmes conditions techniques que celle de 2001. Tous les échantillons ont été prélevés sur le regard R2 par la méthode de prélèvement manuel instantané. Les seules différences entre les campagnes 2001 et 2002 sont les suivantes:

· un seul échantillon a été prélevé par jour entre 11:30 et 13:30 heures, ce qui donne un total de 5 prélèvements effectués au cours de l'année 2002 ;

· un volume total de 2 litres a été prélevé par prise/jour ;

· les effluents destinés à la détermination des AOX ont été placés dans un récipient spécial préalablement conditionné pour ce test ;

· le nombre de paramètres à mesurer a été augmenté et le nombre de laboratoire a été réduit ;

· l'argent et le mercure n'ont pas été dosés ;

· les effluents destinés au dosage des éléments traces (métaux lourds) ont été traités à l'acide nitrique.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Le tableau 26 donne la liste des paramètres qui ont été mesurés en 2002 et les laboratoires de réalisation.

Tableau 26 : les paramètres dosés en 2002 et les laboratoires de réalisation

Type de Caractérisation

Paramètres

Laboratoire d'exécution

Physico-chimique

MEST, conductivité électrique,

température, pH, As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn et P

LAEPSI -- INSA de Lyon

COT, Na+, e, Ca++, Mg++, NH4+, Cl-, Nitrates, Sulfates, Phosphates,

L.S.E. - ENTPE

DBO5, pH, DCO, Sulfures, Sulfates, AOX,

LSEH de Lyon

Microbiologique

Coliformes fécaux

Entérocoques fécaux

Spores anérobies sulfito-réductrices

LSEH de Lyon

Ecotoxicologique

Microtox 15 et 30 minutes, algue 72h, daphnie 24 et 48 h

POLDEN -- INSA de Lyon

Méthodes de détermination des paramètres physicochimiques

La mesure des métaux a été réalisée, selon le protocole ISO 11 885, sur des échantillons filtrés à 0,45 pm, traités à l'acide nitrique pur (pH<2) et passés à l'ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atom Emission Spectroscopy).

Le dosage des autres paramètres physicochimiques a été effectué selon les protocoles suivants : pH -- NF T 90-008, DBO5 -- NF EN 1899-1, DCO -- NF T 90-001, chlorures -- ISO 10 304 et AOX -- ISO 9562.

Bactériologie

Les coliformes fécaux ont été déterminés par la méthode NF T 90-433 microplaque. La norme française NF T 90-432 microplaque a été utilisée pour le dosage des entérocoques fécaux, et les prescriptions de la NF T 90-145 ont été suivies pour les spores anérobies sulfito-réductrices.

Présentation des différents essais dgcoto,dcité utilises

L'essai Microtox

Cet essai a le statut de norme homologuée de l'AFNOR. Il est référencé au NF T90-320-3 (NF EN ISO 11348-3), février 1999. Il porte le titre de : « Qualité de l'eau -- Détermination de l'effet inhibiteur d'échantillons d'eau sur la luminescence de Vibrio fischeri (Essai de bactéries luminescentes). Partie 3 : Méthode utilisant des bactéries lyophilisées ».

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

a. Principe de l'essai

Proposé par BUUCH (1979), l'essai de toxicité aiguë « Microtox » consiste à évaluer l'inhibition de la luminescence produite par des suspensions d'une bactérie marine Vibrio fischeri (bactérie marine) au contact d'une gamme de dilutions d'échantillons d'eaux. Cette luminescence est produite par un enchaînement de réactions biochimiques liées à la respiration cellulaire. Ainsi une diminution de la luminescence sera révélatrice d'une altération des activités métabolique de la bactérie. Le critère d'essai est la diminution de la luminescence mesurée après 5, 15 et 30 minutes d'incubation par rapport à un témoin sans échantillon.

b. Méthodologie

La norme AFNOR «NF T90-320-3 (NF EN ISO 11348-3)» prévoit de possibles interférences avec des échantillons colorés, turbides, ou en présence de matières en suspension (absorption ou diffusion de la luminescence bactérienne). Dans le souci d'empêcher ces interférences de se manifester, le libre passage les échantillons au travers d'un filtre en fibre de verre a été réalisé avant la mise en oeuvre des autres étapes de l'essai. De leur prélèvement à la réalisation des essais, les échantillons sont conservés en chambre froide à environ +4°C.

L'essai est réalisé avec des organismes lyophilisés du commerce. Le milieu de dilution est de l'eau distillée salée à 20 g NaCl/L. Une gamme de 8 concentrations de l'échantillon d'effluents hospitaliers dans le milieu de référence est réalisée parallèlement à deux témoins sans les effluents à étudier. L'essai se déroule en tubes à essais. La salinité des éluats est évaluée avant l'essai et ajustée à environ 20 g/L par ajout de NaCI. Cet ajustement a permis de réaliser l'essai sur toutes les dilutions des échantillons prélevés à une conductivité électrique comprise entre 35 et 70 mS/cm.

c. Sensibilité de la souche bactérienne

La sensibilité des souches commerciales est contrôlée par des essais réguliers avec du 3,5- dichlorophénol, du sulfate de zinc et du dichromate de potassium.

d. Calcul de /inhibition de la luminescence

La détermination de l'inhibition de la luminescence bactérienne comprend :

ü le calcul d'un facteur de correction (fn);

ü le calcul d'une valeur de correction (Id) de la luminescence des témoins au temps zéro ;

ü le calcul d'un effet inhibiteur (I-la ;

ü le calcul de la relation concentration /effet (1-t)

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d.1. Calcul d'un facteur de correction (fkd

Le facteur de correction (fn) traduit l'évolution de la luminescence (mesurée en unités relatives) dans les suspensions bactériennes témoins. Il se calcule par l'équation suivante :

fid = lid

10

avec :

fkt : facteur de correction

In : luminescence des témoins au temps t (5, 15 ou 30 min) 10 : luminescence des témoins au temps zéro

Eq. 14

d.2 Calcul de la valeur de correction (1,t) de la luminescence des témoins

Pour chaque dilution de l'échantillon, on calcule les Id à l'aide de l'équation :

Id = iox fkt Eq. 15

avec :

Id : valeur corrigée de Io pour les cuves de mesure, immédiatement avant l'ajout de l'échantillon pour essai

Io : luminescence des suspensions au temps zéro

fi, : moyenne des fkt obtenus pour les témoins

d.3. Calcul de l'effet inhibiteur (Ht) L'effet inhibiteur (Ht) de chaque dilution à l'aide de l'équation:

Ht -- ict --1Tt x100

let

Eq. 16

 

avec :

Ht : effet inhibiteur de chaque dilution

In : luminescence de l'échantillon après un temps de contact

Id : valeur corrigée de Io pour les cuves de mesure, immédiatement avant l'ajout de l'échantillon pour essai

d.4. Calcul de la relation concentration /effet (rd On évalue enfin la relation concentration /effet (rt) pour chaque dilution :

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H

Eq. 17

avec :

(rt) : relation concentration/effet

I-It : effet inhibiteur de chaque dilution

Seules les valeurs de rt comprises entre 10% et 90% sont utilisées pour le calcul de l'effet inhibiteur.

e. Critères de validité

L'essai est validé si les conditions suivantes sont remplies :

· la valeur de fict pour un temps d'incubation de 30 minutes est comprise entre 0,6 et 1,8

· l'écart observé entre les déterminations effectuées en double ne doit pas dépasser 3% de leur moyenne

· es trois substances de référence provoquent une inhibition comprise entre 20% et 80% après un temps de contact de 30 minutes aux concentrations suivantes :

ü 3,4 mg/Ide 3,5-dichlorophénol

ü 2,2 mg/I de Zn++ (sous forme de sulfate de zinc heptahydraté)

ü 18,7 mg/I de Cr6+ (sous forme de dichromate de potassium).

Dans le cadre de cette étude, la mise en oeuvre de l'essai Microtox a rencontré les critères de validité de l'essai.

f Expression des résultats

La CE 50t (en pourcentage de dilution de l'échantillon) est déterminée par une méthode de régression appropriée. Le résultat peut aussi être exprimé en unités toxiques (UT = 100/CE50t %).

L'essai Algue

Cet essai a le statut de norme homologuée de l'AFNOR. Il est référencié au NF T90-375, décembre 1998. Il porte le titre de : « Qualité de l'eau -- Détermination de la toxicité chronique des eaux par inhibition de la croissance de l'algue d'eau douce Pseudokirchneriella subcapitata (Selenastrum capricornutum)».

a. Principe de l'essai

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L'essai est réalisé avec un inoculum d'algues Pseudokirchneriella subcapitata (anciennement Selenastrum capricornutum puis Raphidocelis subcapitata) issu des cultures du laboratoires alors qu'elles sont en phase exponentielle de croissance.

b. Méthodologie

Les échantillons sont filtrés à 0.45 pm de façon à éliminer les particules en suspension susceptibles d'adsorber les algues et de provoquer leur décantation, ainsi que d'éventuels protozoaires ou microorganismes pouvant interférer avec la croissance des algues. Le milieu de dilution est le milieu normalisé (avec 0,1 mg d'EDTA par litre de solution d'essai).

De leur prélèvement à la réalisation des essais, les échantillons sont conservés en chambre froide à environ 4°C #177; 3°C. Les essais sont mis en route au maximum 72 heures après le prélèvement.

Un essai préliminaire est réalisé en 72 heures. Pour l'essai définitif, une gamme de 5 concentrations de l'échantillon dans le milieu de référence sera réalisée parallèlement à un témoin sans éluat (et à des témoins négatifs sans inoculum algal). L'essai se déroule en flacons contenant chacun 25 ml de solution d'essai, avec trois répétitions par concentration. L'essai est statique, sous agitation magnétique et sous éclairage constant, à 23°C #177; 2°C . Les mesures de concentration algale sont réalisées toutes les 24 heures, par comptage à la cellule de Malassez, au microscope optique.

c. Sensibilité de la souche algale

La sensibilité de la souche du laboratoire est contrôlée par des essais réguliers avec le bichromate de potassium.

d. Critères de validité de l'essai Algue

L'essai est validé si les conditions suivantes sont remplies :

· la concentration cellulaire moyenne du lot témoin doit avoir été multipliée par un facteur supérieur à 32 en 72 heures

· il ne doit pas y avoir de développement algal dans les essais témoins négatifs

Dans le cadre de cette étude, la mise en oeuvre de l'essai Algue a rencontré les critères de validité de l'essai.

e. Calcul de l'inhibition de la croissance des algues et expression des résultats

Pour les 3 premiers échantillons de l'année 2002, les lectures sont effectuées toutes les 24 heures. Les aires situées sous les courbes de croissances (biomasse intégrale) obtenues pour chacune des concentrations de l'échantillon sont calculées, et le pourcentage d'inhibition pour chaque concentration est calculé par rapport à l'aire sous la courbe de croissance obtenue pour le lot témoin.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

Pour les autres échantillons, les lectures sont effectuées uniquement en fin d'essai. Le pourcentage d'inhibition de la croissance à 72 heures par rapport à la croissance obtenue pour le lot témoin est calculé pour chaque concentration.

Dans les deux cas, on a tracé la droite correspondant aux pourcentages d'inhibition par rapport aux concentrations, et on a déterminé la CE50.

L'essai Daphnie

Cet essai a le statut de norme homologuée de l'AFNOR. Il est référencié au NF EN ISO 6341, mai 1996 (T90-301). Il porte le titre de : « Qualité de l'eau -- Détermination de la mobilité de Daphnia magna Strauss (dadocera, crustacea) -- Essai de toxicité aiguë ».

a. Principe

L'essai consiste à déterminer la concentration initiale (présente en début d'essai) qui, en 24 heures ou 48 heures, immobilise 50 des daphnies mises en expérimentation.

b. Méthodologie

L'essai est réalisé avec des organismes issus de l'élevage du laboratoire et âgés de moins de 24 heures. Un essai préliminaire est réalisé en 24 heures. Pour l'essai définitif, une gamme de 5 à 10 concentrations de l'échantillon d'effluents hospitaliers dans le milieu de référence est réalisée parallèlement à un témoin sans effluent. L'essai se déroule en tubes à essais, avec quatre répétitions de 5 daphnies par concentration.

A la fin de la période d'essai (24 et / ou 48h), on a dénombré dans chaque tube à essai le nombre de daphnies mobiles. L'essai est statique et se déroule à l'obscurité à une température de 20 +/-2°C. Le milieu de dilution est le milieu normalisé (sans EDTA).

c. Sensibilité de la souche utilisée

La sensibilité de la souche du laboratoire est contrôlée par des essais réguliers avec le bichromate de potassium.

d. Critères de validité de l'essai Daphnia magna Strauss

L'essai est validé si les conditions suivantes sont remplies :

· la teneur en oxygène dissous mesurée dans le lot témoin en fin d'essai est 2 mg/L ;

· le pourcentage d'immobilisation observé dans les récipients témoins est 10% ;

· la CE50 24h du bichromate de potassium est comprise entre 0,6 et 1,7 mg/L.

Dans le cadre de cette étude, la mise en oeuvre de l'essai Daphnia magna Strauss a rencontré les critères de validité de l'essai.

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

e. Estimation de la mobilité de la daphnie et expression des résultats

Pour chaque concentration de l'échantillon, on a calculé le pourcentage d'immobilisation par rapport au nombre initial de daphnies mises en expérimentation (habituellement 20). La CE 50t est déterminée par la méthode statistique de Litchfield-Wilcoxon (méthode des probit).

Les résultats sont exprimés en CE50 24h, en CE50 48h et en Unités Toxiques (1UT = 100/CE50) avec leurs intervalles de confiance, en pourcentage de dilution de l'échantillon.

f. Justification des essais choisis

Pour la réalisation de cette étude sur l'ERE liés aux effluents hospitaliers, les différents essais écotoxicologiques ont été choisis à la suite des conclusions des études bibliographiques sur les impacts des effluents liquides provenant des hôpitaux.

Ces essais sont tous normalisés, sensibles et les à mettre en oeuvre. Leur réalisation ne nécessite pas un volume élevé d'effluents. Leur choix est surtout justifié par le fait qu'ils permettent d'obtenir des réponses à la fois en terme de toxicité aiguë et de toxicité chronique à des niveaux trophiques différents.

111.4.3. Caractérisation finale des risques

Cette opération est l'étape finale du processus d'évaluation des risques écologiques. Elle est la confrontation de l'évaluation des effets à celle de l'exposition. Comme nous l'avons vu dans le chapitre 2, il existe un éventail de méthodes possibles, de complexité variable (Babut et Perrodin, 2001). Le choix va dépendre des contraintes opérationnelles et des données disponibles. Rivière (1998) note que le risque écologique peut être exprimé de différentes manières : qualitatives (absence ou non de risque), semi-quantitatives (risque faible, moyen, élevé), en termes probabilistes (le risque est de x%).

Nous avons retenu ici la méthode dite « du quotient » qui est la méthode la plus simple et la plus répandue pour la caractérisation des risques. Cette méthode consiste à calculer le rapport de la « concentration probable d'exposition » sur la « concentration probable sans effet » vis à vis de l'organisme concerné. Dans notre cas, cette « concentration probable sans effet » est estimée à l'aide des résultats des bioessais. Lorsque la valeur de quotient « Q » est supérieure à 1, on considérera que le risque est significatif, et d'autant plus fort que le quotient est grand. Inversement, plus le quotient est inférieur à 1, plus le risque sera considéré comme faible.

La « concentration probable sans effet » sur l'organisme est, dans la pratique, le plus souvent représentée par la CE10, ou la CE20, ou encore la NOEC, divisée par un facteur de sécurité (10 le plus souvent) permettant de compenser les limites d'une évaluation effectuée à l'aide de quelques organismes tests seulement, et en utilisant des essais qui, même s'ils portent sur la toxicité chronique,

Chapitre III Elaboration de méthodologies pour l'évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques des effluents hospitaliers

ne sont jamais complètement représentatifs de ce qui se passe à long terme sur le terrain. A défaut d'une CE10 ou d'une NOEC, la CE 50 peut être utilisée, mais avec un facteur de sécurité majoré.

Chapitre IV Application de la méthodologie élaborée pour l'évaluation des risques sanitaires liés aux effluents hospitaliers se trouvant en milieu tropical semi-urbanisé d'un PED

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