Les toxines cyanobactériennes -- Les microcystines-LR

Techniques de traitement et gestion

Les techniques appropriées de contrôle des cyano-bactéries doivent reposer sur une connaissance de leur écologie (voir ci-dessus). Une bonne technique de con-trôle doit refléter une gestion appropriée du bassin hydrographique et du réservoir afin de prévenir la crois-sance d'algues, un programme de surveillance approprié et de bonnes techniques de traitement pour lutter à la fois contre les cyanobactéries et leurs toxines.

Prévention de la croissance d'algues

Il importe de formuler, dans le cas d'une masse d'eau donnée, une stratégie appropriée pour éliminer les populations d'algues bleues. À quelques exceptions près, les options de gestion sont semblables aux techniques courantes de contrôle des populations d'algues dans les réservoirs. On peut établir une carence de nutriments par une bonne gestion du bassin hydrographique qui limite l'apport de nutriments (p. ex., effluents d'eaux usées, eaux de ruissellement provenant des terres cultivées) et en ajoutant des produits chimiques aux sources d'eau afin de réduire la disponibilité des nutriments (p. ex., sulfate ferrique pour précipiter le phosphore)¹¹. Il peut falloir des années à ces mesures pour devenir efficaces. On peut aussi contrôler la croissance d'algues par des moyens physiques comme l'exclusion de la lumière ou la déstratification artificielle du réservoir¹¹. L'utilisation d'alun et de gypse comme algistats constitue un moyen possible pour les petites collectivités de contrôler à court terme la prolifération d'algues⁴⁹.

L'utilisation d'un algicide comme le sulfate de cuivre n'est pas appropriée comme moyen de contrôle. L'ajout de sulfate de cuivre (ou de chlore) à des fleurs d'eau à maturité éliminera les cyanobactéries, mais pro-voquera la libération de toxines dans l'eau. De plus, l'utilisation d'algicides entraînera la mort de toutes les algues, ce qui réduit la concurrence pour les cyanobacté-ries au cours d'une phase de développement ultérieure.¹¹

Surveillance des cyanobactéries et de leurs toxines

Un programme de surveillance approprié est essen-tiel pour contrôler globalement les cyanobactéries et leurs toxines. Il faut contrôler régulièrement la présence de cyanobactéries dans les approvisionnements d'eau potable que l'on croit ou sait prédisposés aux fleurs d'eau. Il faut aussi suivre de près les conditions météoro-logiques reconnues comme propices à la formation de fleurs d'eau. L'utilisation de la télédétection pour repérer les conditions favorables peut aider. La surveillance des cyanobactéries (identification des espèces et dénombre-ment des cellules) devrait porter notamment sur la prise d'eau non traitée, le réservoir et différentes étapes du processus de traitement de l'eau. Ces sites de surveillance pourraient aussi servir de points d'échantillonnage des toxines (identification et quantification) durant les proliférations de cyanobactéries. Le moment, la fré-quence et la profondeur de l'échantillonnage devraient tenir compte de l'écologie des cyanobactéries (p. ex., de leur flottabilité dans la colonne d'eau). L'échantillon-nage et l'analyse des cyanobactéries s'imposent aussi pour déterminer l'efficacité des programmes de gestion des cyanobactéries dans les bassins hydrographiques et dans les réservoirs.

Pour aider à orienter les mesures à prendre, certains pays utilisent un système de niveaux d'alerte qui combine de l'information sur le nombre de cellules, sur l'identification des espèces de cyanobactéries et sur les concentrations de toxines^11,50. En Australie, un groupe de travail a recommandé aussi que l'on prévienne les distri-buteurs d'eau lorsque la concentration de cyanobactéries reconnues pour produire des goûts et des odeurs (géos-mine ou 2-méthylisobornéol) dépasse 2 000 cellules/mL⁴⁹. On a déterminé que cette valeur était la valeur seuil typique pour les plaintes de consommateurs. En ce qui concerne Microcystis, il ne faut toutefois pas associer l'absence de goût et d'odeur à l'absence de toxines. Des études réalisées par Hrudey et al.⁵¹ ont montré que la présence de microcystine-LR n'était pas liée à la pré-sence de géosmine ou de 2-méthylisobornéol. Dans le contexte d'une étude plus récente sur les eaux des services publics au Canada et aux États-Unis, l'AWWARF a constaté que 82 % des 181 échantillons qui ont donné des résultats positifs pour des problèmes de goût et d'odeur en ont donné aussi pour la présence de microcystines³⁵.

Lorsqu'il y a formation de fleurs d'eau, les distribu-teurs d'eau doivent établir un plan d'action pour prendre des mesures correctives appropriées. Les mesures les plus courantes comprennent une ou l'ensemble des sui-vantes : rééchantillonnage ou analyse de la toxicité, re-cherche d'un autre approvisionnement ou traitement pour éliminer les toxines.

L'annexe A contient un organigramme qui illustre les facteurs dont il faut tenir compte pendant les incidents de prolifération et des recommandations sur les mesures qu'il est possible de prendre pour s'attaquer aux problèmes.

Techniques de traitement

Le processus de traitement de l'eau potable constitue l'étape finale du contrôle des cyanobactéries et de leurs toxines.

Les usines de traitement classique des eaux de surface, qui utilisent la coagulation (sulfate d'aluminium, sulfate ferrique) , la clarification et la filtration, élimi-nent efficacement les cellules cyanobactériennes⁵². Il faut éviter les produits chimiques ou les conditions qui peuvent provoquer la lyse des cellules cyanobactérien-nes afin de les empêcher de libérer leurs toxines. Pour éliminer les cellules cyanobactériennes du cycle du trai-tement, il faut accroître la fréquence de l'élimination des boues et du lavage à contre-courant du filtre. Des études récentes ont montré que la libération de toxines par les boues dépend de la durée de conservation des boues dans des bassins de sédimentation. Une étude pilote réalisée par Drikas et al.⁵³ a montré que les cellules ne libéraient pas de toxines supplémentaires pendant le traitement, qui n'élimine toutefois par les toxines extra-cellulaires déjà présentes dans l'eau. Au cours de l'étude, le nombre total de cellules contenues dans la boue a diminué de 50 % après deux jours, mais la libéra-tion de toxines a commencé immédiatement pour at-teindre 100 % après les deux jours en question. Les concentrations de toxines avaient diminué d'environ 80 % après huit jours et les toxines avaient entièrement disparu après 13 jours. Il faut en général évaluer l'évacuation finale des déchets de l'usine de traitement d'eau pour garantir qu'ils ne sont pas recyclés et que les cellules cyanobactériennes ne seront pas réintroduites dans la source d'eau.

Les procédés classiques de traitement des eaux de surface ne réussissent à éliminer ou à détruire qu'une partie seulement des toxines cyanobactériennes⁵⁴. Certains procédés d'oxydation, ainsi que le charbon actif, se sont toutefois révélés efficaces. Lambert et al.⁵⁵ ont étu-dié l'élimination des microcystines de l'eau potable à deux usines de traitement grandeur nature en Alberta qui combinaient la coagulation et la sédimentation, la filtration sur milieu jumelé et l'ajout de chlore à la filtration par charbon activé granulaire (CAG) ou charbon actif en poudre (CAP). Les deux procédés ont réussi en général à éliminer plus de 80 % des microcystines de l'eau non traitée, surtout lorsqu'elle en contenait des concentrations élevées. On a toutefois observé aux deux établisse-ments de traitement une concentration résiduelle de 0,05-0,2 µg équivalents de microcystines-LR/L. Des étu-des plus récentes réalisées par Chow et al.⁵⁶ au sujet des effets des produits chimiques de traitement, de l'agita-tion mécanique et de la floculation sur des cellules de Microcystis aeruginosa menées par essais de floculation et dans une usine pilote grandeur nature (coagulation/ floculation-sédimentation-filtration) ont démontré que les cellules ne subissaient aucun dommage ou ne libé-raient pas de microcystines supplémentaires dans l'eau traitée. Les résultats d'expériences de filtration lente sur sable (pendant plusieurs heures) montrent qu'il y a éli-mination d'une partie des toxines cyanobactériennes par biodégradation⁵⁷. Comme les toxines ne sont pas volatiles, ni l'aération ni le stripage à l'air ne réussiraient à éliminer les toxines solubles⁷. Des études plus poussées sur les grands filtres à sable lents et sur les procédés de filtration biologique s'imposent.

En ce qui concerne l'oxydation, la concentration résiduelle d'oxydant est importante. À un pH de moins de 8, le chlore aqueux (présent principalement sous forme d'acide hypochloreux) à une concentration de 15 mg/L détruira les microcystines. Lorsque le pH est neutre, la chloration est efficace à condition qu'il reste une concentration résiduelle de chlore d'au moins 0,5 mg/L après un contact de 30 minutes. L'élimination diminue aussi considérablement lorsque le pH dépasse 8 parce que la concentration d'acide hypochloreux diminue rapidement avec l'augmentation du pH. Le prétraitement à 1 mg/L d'ozone peut éliminer les microcystines à condition que l'on maintienne une

concentration d'ozone résiduel de 0,05 à 0,1 mg/L. La concentration d'ozone résiduel est importante parce que la concentration totale de carbone organique a un effet sur l'efficacité de l'ozone. Le biodosage sur la souris pour la toxicité aiguë indique qu'il ne se forme pas de nouvelles toxines aiguës pendant 24 heures. Pour ce qui est des autres traitements par oxydation, le permanganate de potassium à 1 mg/L s'est révélé efficace, mais des recherches plus poussées s'imposent. Le peroxyde d'hydrogène, la chloramine et le dioxyde de chlore n'ont pas été efficaces et les rayons ultraviolets au point d'utilisation n'étaient pas assez puissants^52,58. On a étu-dié récemment au Royaume-Uni l'efficacité de diverses techniques d'oxydation sur l'eau non traitée ou clari-fiée⁵². Cette étude a démontré que certains procédés d'oxydation étaient plus efficaces lorsqu'on ajoutait l'oxydant à l'eau traitée, probablement parce que l'eau non traitée contenait des concentrations plus élevées de matières organiques/inorganiques qui réagissent avec l'oxydant et réduisent la dose disponible pour l'élimi-nation efficace des toxines. Le permanganate de potassium et l'ozone à des doses de 2 mg/L se sont montrés très efficaces pour éliminer la microcystine-LR de l'eau traitée. Dans des conditions semblables à celles qui ré-gissent la désinfection de l'eau potable, l'étude a révélé que la chloration était efficace à un pH de moins de 7. Lorsque le pH est plus élevé, il fallait toutefois prolonger le temps de contact, ce qui peut être pertinent dans les réseaux de distribution à longue distance qui gardent des résidus de chlore. Des données ont montré aussi que les oxydants provoquaient la lyse des cellules et, par conséquent, la libération de toxines. Les auteurs ont tou-tefois conclu que sauf dans le cas de la chloramine, il est possible d'éliminer les toxines intracellulaires et extra-cellulaires en utilisant suffisamment d'oxydant.

On a étudié la capacité d'adsorption de la microcys-tine-LR de diverses sources de charbon activé. Les pro-duits à base de bois se sont révélés les plus efficaces en raison du volume important des mésopores. On a consta-té qu'un traitement avec 25 mg/L de CAP à base de bois et un temps de contact de 30 minutes pouvaient réduire la concentration de microcystine-LR de 50 à <1 µg/L⁵⁸. Les études d'efficacité doivent tenir compte de la pré-sence dans l'eau d'autres substances (p. ex., composés organiques naturels) que le CAP peut absorber. Des étu-des réalisées par Jones et al.⁵⁴ ont révélé que la coagulation par l'alun conjugué au CAP avait un effet défavorable sur l'élimination des toxines. Le CAP peut éliminer les toxines avec beaucoup d'efficacité, mais il faut toutefois des doses très fortes de CAP et la durée du contact est très importante. Divers filtres CAG semblent aussi éliminer efficacement la microcystine-LR. Certaines études ont montré que le CAG a une durée limitée⁷, mais d'autres ont révélé que même lorsqu'ils sont déjà épuisés par l'élimination du charbon organique dissous, les filtres CAG réussissent à réduire efficacement les concentrations de microcystines-LR pour les faire tom-ber de 20 à 1 µg/L^54,58. Des études menées en laboratoire ont indiqué qu'un CAG actif sur le plan biologique pourrait éliminer complètement les toxines par adsorption et biodégradation à condition que le contact dure assez longtemps pour que l'activité biologique ait lieu⁵².

Des procédés de filtration sur membrane comme la microfiltration et la nanofiltration peuvent aussi éliminer efficacement à la fois les cellules de cyanobactéries et les toxines intracellulaires⁷. Des études réalisées par Hart et Stott⁵⁹ et par Muntisov et Trimboli⁶⁰, qui portaient sur de l'eau naturelle dans laquelle on avait injecté des mi-crocystines à des concentrations variant de 5 à 30 µg/L, ont révélé que la nanofiltration ramenait les concentrations de toxines à moins de 1 µg/L. L'essai de membranes d'osmose inverse (2 500-3 500 kPa) pour l'élimina-tion de microcystine-LR et de microcystine-RR de l'eau du robinet a produit des taux de rétention moyens de 96,7 à 99,6 %. Les concentrations initiales dans le résidu variaient de 70 à 130 µg/L⁶¹.

Les traitements qui visent à éliminer les toxines pour les réseaux domestiques et communautaires d'envergure restreinte constituent une question d'intérêt dans les régions rurales frappées par la prolifération ré-pétée de ces microorganismes. Lawton et al.⁶² ont fait l'essai de trois systèmes différents de filtration par cartouche pour l'élimination des toxines et des cellules d'algues. Dans tous les systèmes, le traitement reposait sur le charbon activé et la résine échangeuse d'ions. On a constaté que l'élimination des cellules dépendait de leurs caractéristiques morphologiques et qu'environ 60 % des cellules filamenteuses étaient éliminées contre 10 % seulement des cellules uniques de microcystines. L'élimination des toxines (des tests ont porté sur les variantes LR, LY, LW et LF) a varié de 32 à 57 % lors-qu'on a utilisé des cartouches neuves, pour grimper à 88 % après trois passages répétés de la même eau dans le même filtre. Il peut aussi y avoir lyse des cellules qui restent sur les filtres. L'analyse de filtres qui avaient at-teint la moitié de la durée utile indiquée par le fabricant a indiqué une réduction de 15 % de l'élimination d'une toxine (LR) dans le cas d'une des marques testées. Des travaux plus poussés de recherche et de mise au point s'imposent si l'on veut que ces filtres conviennent pour l'élimination de la microcystine des eaux utilisées à des fins domestiques.

En résumé, le traitement privilégié lorsque c'est possible consiste à utiliser un oxydant comme l'ozone, le permanganate de potassium ou le chlore, et le CAG activé biologiquement après l'élimination des cellules d'algues. Les concentrations spécifiques des divers agents utilisés pendant le traitement dépendent de la qualité physique, chimique et biologique de l'eau à traiter^46,52,58. Des recherches plus poussées sur les méthodes de traitement domestique s'imposent.