Parménides IV – Compte rendu de la session 2

Session 2 : risques sanitaires d’origine microbienne et chimique

• Présidente : Rajae El Aouad, Directrice de l’Institut national d’hygiène du Maroc (INH)
• Rapporteurs : Piero Cappuccinelli (Italie), Alain-Jacques Valleron (France)

1. Risques infectieux majeurs liés à l’eau en Méditerranée : Piero Cappuccinelli (Italie)
2. Prévention et gestion des risques microbiologiques liés à l’eau (métagénomique intestinale) : Stanislav Dusko Ehrlich (Croatie)
3. Eau et contamination de la chaîne alimentaire : Martine Padilla (CIHEAM)
4. Risques sanitaires dans les zones côtières en Méditerranée : Amel Jrad (Tunisie)
5. Discussion

• Rapporteurs : Yves Lévi (France), Omar Assobhei (Maroc)
  5. Impact microbiologique du rejet des eaux usées en zone littorale (approche quantitative) : Bernard Saunier (France)
  6. Enjeux sanitaires et technologiques liés aux micropolluants organiques dans les eaux : Yves Lévi (France)
  7. Impact des résidus médicamenteux : Peter Paulich (Allemagne)
  8. Toxines de cyano-bactéries (eaux de stockage) : Nicole Tandeau de Marsac (France)
  9. Réutilisation des eaux usées domestiques : impact sur la santé, normes, stratégies de traitement, problèmes de coût ; deux options aux deux extrêmes du spectre technologique : Celal F. Gokcay (Turquie)
  6. Discussion

Réunion de la présidente et des présidents de séance et des rapporteurs

Les micro-organismes pathogènes d’origine hydrique restent encore aujourd’hui la principale source des maladies infectieuses dans le monde entier. Au cours des dix dernières années la charge mondiale des maladies d’origine hydrique dans les pays méditerranéens s’est affaiblie, toutefois elle reste une préoccupation importante surtout dans les pays des côtes du sud et de l’est. Plusieurs agents pathogènes, tels que les bactéries, les virus et les protozoaires sont transmis par l’eau contaminée, essentiellement par ingestion mais aussi par contact direct avec la peau et les muqueuses et, plus rarement, par inhalation. Ces agents pathogènes sont responsables d’infections du tractus intestinal et/ou d’autres organes. Ces maladies infectieuses se manifestent sous forme de cas sporadiques ou de flambées épidémiques, avec parfois de nombreux cas.

La plupart des agents pathogènes sont d’origine humaine ou animale, mais il existe aussi plusieurs micro-organismes d’origine environnementale. La majorité des pathogènes transmis par l’eau sont capables de survivre dans l’environnement pendant très longtemps et certaines espèces ont développé de remarquables mécanismes de résistance pour leur survie dans l’eau comme la différenciation en formes viables non cultivables ou l’invasion et la multiplication dans le cytoplasme de protozoaires vivant en liberté. Ils peuvent être présents dans n’importe quel type d’eau y compris eau potable, piscine, et dans l’eau des rivières, des lacs et de la mer.

L’évolution de la technologie pour la détection et la caractérisation moléculaire des pathogènes ont permis d’augmenter la qualité du contrôle de l’eau et le diagnostic des maladies. En même temps elles ont fourni des outils pour améliorer la surveillance épidémiologique et déterminer les sources de l’infection au cours de flambées épidémiques et de cas sporadiques.

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One of the major questions in human biology is the role of gut microbial communities in health and disease. To address this question, the MetaHIT consortium has developed a powerful molecular microscope allowing to view the gut microbial communities. The microscope comprises two main elements, a reference gene catalog of the intestinal microbial genes (Qin et al., Nature, 2010) and a quantitative metagenomics pipeline, based on a very high throughput DNA sequencing, allowing us to determine the presence and abundance of each gene in an individual.

Use of the MetaHIT microscope has led to detection of three gut enterotypes to which humans belong (Amurugam et al. Nature, 2011), characterized by different bacterial communities. This basic feature of human biology remains to be elucidated, but the enterotypes will be crucial to stratify individuals and assess the gut microbial communities associated with health and disease. Focusing the microscope on the gut microbes present in obese and lean individuals or IBD patients and healthy controls has revealed considerable differences in the microbial communities, in terms of overall diversity and the prevalence of particular bacterial species. The microscope could be used to examine water and generate a global picture of the intestinal microbial contamination and thus open avenues for a much broader control of microbial risk.

L’eau est un élément déterminant dans la chaine alimentaire. La nourriture au sens large, c’est 96% de l’eau consommée (Marsily, 2010). En termes qualitatifs, il y a 3 sources de contamination possibles pour l’Homme : ingestion directe d’eau contaminée, ingestion d’aliments contaminés par l’eau d’irrigation (controverse), ingestion d’aliments en contact avec l’eau lors du processus de transformation, de distribution, de préparation et consommation. On multiplie les risques en sophistiquant les process (déstructuration, restructuration) et en multipliant les provenances d’ingrédients. A chaque étape l’aliment est en contact avec l’eau. Le risque est aussi lié au type de produit dans la ration alimentaire : en Méditerranée, ce sont les produits végétaux qui priment avec une consommation de 500 kg/habitant/an (forte sensibilité des légumes feuilles à la qualité de l’eau), suivis du lait dans les Balkans et en Méditerranée nord avec près de 200 kg/hab/an, puis la viande (100 kg au nord, 20 à 40 kg au sud) (la qualité de l’eau de boisson est fondamentale pour les rendements du bétail (Looper et Waldner, 2007).

La sécurité alimentaire est aussi d’ordre quantitatif. L’empreinte eau est directement liée à la structure alimentaire de la ration et à l’industrialisation (un grand volume d’eau est utilisé lors des process, et rejeté, ce qui nécessite un traitement) ; il faut environ 1 litre d’eau pour produire 1 Kcal finale en moyenne (Molden et al, 2007). En Méditerranée, 1100m3/hab/an pour un consommateur du sud et du Proche-Orient, 1300m3 dans les Balkans et 1800m3 au nord.(1240m3 au niveau mondial) (Hoekstra et Chapagain, 2006).

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Le suivi de l’évolution de la charge bactérienne (Coliformes fécaux, Coliformes totaux et Streptocoques fécaux) dans les eaux marines a été réalisé dans le cadre au niveau de l’émissaire en mer qui rejette les eaux usées urbaines traitées de la station d’épuration de Sousse Nord (Tunisie) à 1,5 Km des côtes. L’analyse des échantillons d’eau et de sédiments prélevés aussi bien à la surface qu’en profondeur a permis de dégager les éléments suivants :

• Les concentrations en germes pathogènes dans les eaux sont nettement inférieures à celle des sédiments où les teneurs restent élevées même à 20 cm de profondeur (150 germes/100ml en C.T.) ; Le degré de fixation des germes pathogènes au niveau du substrat varie avec la nature du sédiment ;
• au niveau du littoral, les émissaires en mer sont un moyen efficace pour faciliter la dilution de la charge bactérienne et diminuer le risque de contamination au niveau des plages ;
• La connaissance de l’hydrodynamique est un facteur déterminant dans le choix des sites de déversement vue le rôle que jouent les courants marins dans la dissémination de la charge bactérienne.

Ces données viennent confirmer les résultats des analyses physico-chimiques et du traçage radioactif (Hf. : hafnium) réalisé lors de la même mission.

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L’expérience acquise depuis une quarantaine d’années en France a permis de réduire les impacts microbiologique et biologique des rejets des eaux en zone littorale. L’approche fataliste, pour résoudre les problèmes, basée sur un constat et sur des incantations avant les années 70s, a évolué rationnellement vers une approche quantitative et technologique, permettant d’identifier chacun de ces rejets, de quantifier leur débit et leur concentration, puis de hiérarchiser leurs impacts en fonction des flux émis. Cette évidence a mis des années à s’imposer. Ensuite, l’ingénieur s’est attelé à rechercher les meilleures solutions pour réduire ces flux et ramener leurs impacts à un niveau acceptable pour la préservation des usages des milieux récepteurs. Un ensemble de méthodologies et de technologies innovantes ont été développées, certes banalisées aujourd’hui pour certaines, mais encore d’avant-garde pour d’autres, et qui nécessitent d’être revisitées à intervalles réguliers. Cette approche et ces technologies seront commentées lors de l’exposé.

Les sources exogènes de contamination microbiologique et biologique des eaux littorales seront évoquées, notamment avec les eaux de ballast des navires. La prise de conscience internationale doit être saluée. Un traité international porté par l’IMO ( International Marine Organisation) est à la veille de s’imposer dans de nombreuses régions du monde, limitant les conditions biologiques de la décharge des eaux de ballast dans les eaux territoriales de nombreux pays. Celui-ci sera commenté.

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Les progrès dans les méthodes d’analyse ont donné accès à la détection de très nombreux micropolluants organiques présents en mélange dans les eaux (pesticides, plastifiants, médicaments, hydrocarbures, retardateurs de flamme…). L’assainissement des eaux usées et la production des eaux de consommation humaine sont confrontés à des enjeux majeurs économiques et technologiques pour réduire les risques sanitaires et environnementaux. Les expositions sont directes (boisson, baignade) ou indirectes (aliments irrigués, produits de la mer..) et de nature chronique. Les effets portent notamment sur la perturbation endocrinienne, les troubles du développement ou la génotoxicité. Des progrès scientifiques interdisciplinaires doivent être accomplis pour quantifier les risques pour orienter les bonnes décisions de gestion et protéger la santé des populations. Les niveaux et les types de contamination varient selon les pays mais le cœur du problème exige une prise de conscience et une action collective pour développer la connaissance, objectiver et quantifier les risques et ainsi optimiser les procédés et réduire les coûts.

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Les cyanobactéries constituent un vaste groupe d’organismes à photosynthèse oxygénique dont les propriétés sont très diverses. Elles colonisent la plupart des écosystèmes terrestres et aquatiques sur notre planète, et peuvent vivre en symbiose avec des hôtes eucaryotes (plantes, algues, champignons, éponges, protistes…). Un grand nombre d’espèces produisent des métabolites secondaires qui peuvent entraîner la mort d’animaux et sont potentiellement dangereux pour la santé humaine (cyanotoxines). On distingue trois groupes de cyanotoxines selon leur structure chimique : les peptides cycliques (microcystines et nodularines), les alcaloïdes (anatoxines, saxitoxines, cylindrospermopsines, aplysiatoxines et lyngbyatoxine) et les lipopolysaccharides. Ces toxines peuvent avoir des effets hépatotoxique, neurotoxique ou dermatotoxique, voire engendrer une inhibition générale de la synthèse protéique. La structure chimique et les propriétés toxicologiques des cyanotoxines, ainsi que leurs effets sur la santé et quelques mesures pour la prévention et le traitement des incidents seront présentées.

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Annual water potential of Turkey is around 112 Billion m3, of which 35 billion m3 is used in irrigation (DSI, 2005). A 5-6 billion m3 is consumed in the urban areas. It is clear that reuse of treated wastewaters is not a serious resource for irrigation while it may act as infinitive source for the urban. Most Mediterranean countries have neither wastewater reuse standards nor criteria. Turkish standard is a direct of USA. Title 22, represents the strictest standard while WHO standard is somewhat the pragmatic approach. Where <1000 FC/100 ml is adopted from swimming water standard and <2 NTU to reduce risks from helminths. Attainable reuse water standards should clearly take into account the local conditions and wealth, as well as reasonably safeguarding population health. A unified guideline for the Mediterranean countries, based upon risk assessment, epidemiological data and model studies, have been proposed by Blumenthal et. al. (2000). The guideline considers coliforms, helminth egg counts and turbidity. Two technologies have been tested/developed in our laboratory for reuse of domestic wastewaters. A low-cost technology, termed Step Feed Dual Treatment (SFDT), was developed by integrating a lagoon with trickling filter to produced excellent effluent quality with < 2 NTU. The suspended algae produced in the lagoon is scavenged by a subsequent trickling filter. A high performance 2000 PE membrane bio-reactor has been operating successfully for over seven years in METU campus where effluents are being used for lawn irrigation. The MBR Plant produced consistently zero coliforms, <1 NTU, over 99 % COD removal. Effluents are fit for direct reuse in the household. Cost of treatment is 40-50 US cents/m3,

References :

DSI-State Hydraulic Works of Turkey – 2005 Water Almanac. Blumenthal, U. J., Mara, D. D., Peasey, A., Ruiz-Palacios, G. and Scott, R., 2000. Guidelines for the microbiological quality of treated wastewater used in agriculture : recommendations for revising WHO guidelines. Bulletin of the WHO, 78 ( 9), pp.1104-1116.

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