III. Conséquences environnementales

"Près de 90 % des rejets domestiques et industriels dans le monde sont déversés sans aucune épuration dans les milieux naturels"  (source : Assurer l’assainissement pour tous, Arene Île-de-France, pS-Eau, SIAAP, 2009 (Agence Régionale de l'Environnement et des Nouvelles Énergies en île de France). , modifiant ainsi les conditions de vie des animaux et végétaux qui les peuplent. Parmi ces rejets, 200 millions de tonnes d’excréments humains finissent chaque année dans les rivières.

Il est possible de distinguer trois grandes catégories de pollutions domestiques aux caractéristiques et aux conséquences variables : les matières organiques, les nutriments et les micropolluants depuis la seconde moitié du 20ème siècle.

1. Matière organique et respiration aquatique

a. Caractéristiques de la matière organique

La matière organique est le terme qui englobe tout ce qui est vivant ou l’a été ; l’autre terme employé est la matière carbonée. Dans un cours d’eau, elle comprend le matériel végétal mort et la matière organique animale provenant des excréments et des cadavres des animaux. Les populations humaines sont à l’origine de rejet dans les cours d’eau de matières organiques d’origine agricole (engrais, lisier), industrielle et domestique (matières fécales, restes alimentaires).

Un déversement de matière organique génère une réponse de l’écosystème. Partiellement biodégradable, la matière organique présente en petite quantité est assimilée par des micro-organismes. C’est le phénomène d’autoépuration du milieu permettant de dégrader une pollution légère. L’autoépuration assure en outre le recyclage naturel des réserves minérales d’azote et de phosphore nécessaires aux producteurs primaires en plus de l’énergie lumineuse et du dioxyde de carbone. La décomposition de la matière organique est réalisée par des bactéries dites aérobies, qui en respirant consomment du dioxygène dissous dans l’eau.

b. Conséquences sur les conditions de respiration dans les écosystèmes aquatiques

L’urbanisation de nos sociétés concentre les populations ainsi que leurs déchets. L’agrégation des flux d’eaux usées implique de très forts rejets de matière organique. Dans le meilleur des cas, l’exutoire est situé au niveau des stations d’épuration, où malgré un abattement plus ou moins important en fonction du niveau de traitement, il peut se produire une augmentation de la quantité de matière organique dans le cours d’eau.

Le déversement d’une quantité importante de matière organique provoque des dysfonctionnements dans les cours d’eau. Lorsque le milieu ne parvient plus à éliminer cette matière organique, les capacités d’autoépuration du cours d’eau sont dépassées. L’écosystème aquatique peut alors subir de forts déséquilibres car la décomposition par les micro-organismes aquatiques s’accompagne d’une baisse de la teneur en dioxygène dissous, au détriment de la respiration des poissons et des autres espèces hétérotrophes du milieu.

Les faibles concentrations en dioxygène dans l’eau font de la respiration un facteur limitant pour le développement des poissons ; le coût énergétique de l’extraction de l’oxygène est en effet élevé et affecte les autres activités de leur organisme : nutrition, locomotion, reproduction. L’exigence en dioxygène des poissons est variable selon les espèces et dépend de nombreux facteurs : l’activité alimentaire, le type d’habitat, le cycle de reproduction et l’activité natatoire. Dans les cours d’eau français, les plus exigeants sont les salmonidés (Truite, Saumon), pour lesquels des concentrations supérieures à 5 mg/L sont vitales. C’est l’une des raisons pour lesquelles ces poissons se trouvent dans les petites rivières froides et à courant rapide en tête de bassin. À l’opposé, certains poissons tolèrent de faibles taux de dioxygène dissous ; la Carpe peut ainsi survivre à des concentrations de l’ordre de 0,5 mg/L. 

2. Azote-phosphore et eutrophisation

Étang eutrophisé Tessaoua-Niger (2008) © SIAAP

a. Caractéristiques des nutriments

Les termes nutriments ou éléments nutritifs désignent les composés chimiques utilisés par les organismes autotrophes pour synthétiser de la matière vivante lors de la photosynthèse. Les plus importants sont l’azote et le phosphore. Les nutriments se présentent sous des formes chimiques variées ou sous forme libre : ions azotés (ammonium NH4+, nitrites NO2-, nitrates NO3-) et phosphorés (phosphates PO42-), ainsi que les silicates (SiO2), chlorures (Cl-), sulfates (SO42-) et carbonates (CO32-). Ces éléments conditionnent le développement des végétaux et du phytoplancton ; ils sont à ce titre à la base de l’écosystème aquatique. L’Homme peut être à l’origine de la dispersion de nutriments dans un cours d’eau selon deux sources principales : les rejets domestiques et agricoles (engrais pour les cultures, effluents d’élevage). Seuls les effluents domestiques entrent dans le cadre de l’assainissement et sont donc abordés ici.

  • Azote

Dans les eaux usées, l’azote est présent sous les formes organique et ammoniacale (NH4+). Au cours des procédés d’épuration des eaux, ces composés sont transformés en nitrates par l’action de certaines bactéries. En Europe, depuis la Directive relative au traitement des Eaux Résiduaires Urbaines (DERU) de 1991, une grande partie des nitrates est transformée en azote gazeux et ne se retrouve plus dans les cours d’eau.

  • Phosphore

Le phosphore contenu dans les eaux usées est issu essentiellement des détergents et produits d’hygiène. Des procédés d’épuration adaptés (déphosphatation) et l’arrêt de l’utilisation des polyphosphates dans les lessives limitent aujourd’hui le rejet de composés phosphorés dans certains pays.
Il apparaît donc clairement qu’en dehors des procédés d’épuration poussés mis en place dans certaines agglomérations des pays développés, de grandes quantités de nutriments parviennent aux cours d’eau.
Toutefois, en dehors des grandes agglomérations des pays développés qui possèdent des procédés d'épurations poussés, de grandes quantités de nutriments parviennent aux cours d'eau.

b. Conséquences de l’enrichissement d’un cours d’eau en nutriments

Les masses d’eau contenant de fortes concentrations en nutriments peuvent devenir impropres à la consommation humaine. Les nitrates sont sans danger pour l’Homme, mais ils peuvent se transformer en nitrites, dont la présence dans le sang empêche l’hémoglobine de fixer convenablement l’oxygène. Cette transformation est possible sous l’action de bactéries présentes dans le tube digestif des nouveau-nés (méthémoglobinémie). Chez l’adulte, les nitrites peuvent se transformer en nitrosamines cancérigènes.
Concernant les écosystèmes aquatiques, les nutriments favorisent le développement des organismes photosynthétiques (phytoplancton, algues et végétaux supérieurs). Tous ces organismes sont essentiels mais lorsque leur développement est excessif du fait d’un enrichissement des eaux trop important, l’écosystème est déséquilibré, c’est l’eutrophisation. Dans les cours d’eau, l’eutrophisation est principalement corrélée à la quantité de phosphore présente. Le phosphore est en effet un facteur limitant comparé aux très fortes teneurs en azote. Les nitrates sont néanmoins responsables de proliférations algales dans certaines zones. À long terme, l’eutrophisation altère la qualité du milieu et diminue sa biodiversité. Les effets indésirables de la prolifération d’organismes photosynthétiques sont nombreux et concernent à la fois le milieu naturel et les usages de l’eau :

  • La respiration des végétaux en surnombre génère des chutes du taux d’oxygène dissous et occasionne l’asphyxie des organismes aquatiques.
  • La mort des végétaux est suivie de leur dégradation par des bactéries consommatrices elles aussi de dioxygène.
  • Les eaux étant turbides, les traitements de potabilisation doivent être plus poussés et sont plus onéreux.
  • Les diverses activités économiques et de loisirs liées aux cours d’eau sont perturbées.
  • Les opérations de nettoyage et de faucardage représentent un coût important.

Dans les petites rivières et les lacs, l’eutrophisation se manifeste par une croissance excessive de végétaux fixés qui encombrent le lit du cours d’eau ou le plan d’eau. Dans les grands cours d’eau, l’eutrophisation prend la forme d’efflorescences algales (ou blooms algaux) constituée par un développement intense de phytoplancton. Ces événements saisonniers ont lieu au printemps et sont particulièrement gênants pour la production d’eau potable. Suite à ce type d’événement, la présence de grandes quantités de matières organiques dissoutes entraîne la baisse de la teneur en dioxygène dans l’eau.
Si l’accent a été mis sur les facteurs anthropiques de l’eutrophisation, il faut souligner que d’autres paramètres influent sur le développement algal. La lumière ou encore la disponibilité de silicates apportés par l’érosion des roches sont essentiels et contrôlent en grande partie ce phénomène.

3. Micropolluants et toxicité

a. Caractéristiques des micropolluants

Les activités agricoles, industrielles et tertiaires ont entraîné la dispersion volontaire ou accidentelle de nombreux composés présentant divers degrés de toxicité. Les trois compartiments que sont l’air, le sol et l’eau sont concernés. Ces produits dits toxiques sont très variés mais ont tous en commun le fait d’être absents de l’environnement naturel dans les quantités détectées. Ils sont considérés comme toxiques car un contact donné avec ces produits altère une ou plusieurs fonctions métaboliques chez l’organisme concerné. Il est possible de distinguer les polluants inorganiques et les polluants organiques.

L’assainissement des eaux usées a connu plusieurs phases : d’abord axé sur l’abattement des matières organiques, l’élimination des nutriments est un grand chantier depuis quelques décennies. Aujourd’hui, la question de la dégradation des micropolluants est posée du fait de la multiplication des polluants et des découvertes concernant leur toxicité. Cependant, il faut noter la quasi absence de traitement à l’échelle mondiale des ces divers micropolluants, participant au déficit global d’assainissement.

Pollutions métalliques

Les métaux sont un facteur clef du développement des sociétés humaines qui ont de tous temps exploité ces ressources. Ils sont présents dans l’environnement sous forme pure, d’oxyde ou de sulfure dans les minerais. Contrairement à d’autres types de pollutions, la pollution métallique n’est pas née avec la révolution industrielle, des épisodes de forte contamination métallique ont en effet été mis en évidence bien avant le début de notre ère (par exemple à l’âge de fer). La production d’énergie par combustion du charbon et du pétrole, les industries de métallurgie et de construction sont cependant bien corrélées aux contaminations métalliques plus récentes.

Si les sources diffuses de pollution métallique ne sont pas maîtrisées, les sources ponctuelles (effluents urbains, rejets industriels) peuvent aujourd’hui faire l’objet d’une surveillance particulière. D’une manière générale, les métaux sont très mobiles et se déplacent entre l’atmosphère, le sol, les milieux aquatiques et les êtres vivants. Lors de ces nombreux transferts, les métaux se trouvent sous différentes formes que l’on peut classer selon leur biodisponibilité. Elle dépend du caractère labile du métal, c'est-à-dire instable et mobile. Un métal labile est sous forme d’ion libre, de complexe minéral ou de complexe organique peu stable. Les métaux non labiles sont sous des formes plus complexes et sont liés à des particules organiques ou à des particules macroscopiques.

Si de nombreuses caractéristiques sont communes aux métaux, il subsiste une grande variabilité de leur comportement dans l’environnement et de leurs effets sur les écosystèmes et la santé.

Pollutions chimiques

L’industrie chimique a conduit à la création et la dispersion dans l’environnement de nombreuses molécules dont la toxicité est avérée. La variété de ces molécules organiques de synthèse illustre une métamorphose de notre société et offre des domaines d’application très nombreux : industries pharmaceutiques, cosmétiques et de traitement de surface. De nouvelles molécules apparaissent chaque année et s’ajoutent au panel de substances dispersées dans l’environnement. En règle générale, leurs concentrations dans le milieu sont très faibles, mais les organismes aquatiques en contact régulier avec le contaminant subissent néanmoins une grande variété d’effets toxiques. Face aux risques environnementaux générés par l’introduction de nombreuses substances chimiques, la réglementation européenne REACH (enRegistrement, Évaluation, Autorisation et restriction des substances CHimiques) est entrée en vigueur en 2007. Elle a pour objectif de protéger la santé humaine et l’environnement contre les risques que peuvent poser les produits chimiques, et de faire porter à l’industrie la responsabilité d’évaluer et de gérer ces risques, et de fournir des informations de sécurité adéquates à leurs utilisateurs.

Les PolyChloroBiphényles (PCB) peuvent être cités en exemple pour leur toxicité à très faible dose. Du fait de leur liposolubilité et de leur rémanence, ils se rencontrent fréquemment dans l’environnement : dans les sédiments, mais aussi concentrés dans les graisses animales, en particulier des animaux aquatiques. Ces animaux peuvent ensuite transporter ces polluants via la chaîne alimentaire. Comme les autres êtres vivants, l’Homme peut subir une contamination par voie cutanée, digestive ou respiratoire du fait d’empoisonnements par contacts réguliers avec de petites doses ou de contaminations accidentelles. Les PCB sont des cancérigènes probables, des perturbateurs endocriniens (paragraphe suivant) et des mutagènes avérés. Un autre exemple concerne les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), fortement toxiques pour les organismes aquatiques. Transformés au sein des organes internes des poissons, ils génèrent divers effets mutagènes, cancérigènes et perturbateurs endocriniens. Chez l’Homme, l’intoxication est due à l’inhalation d’air contaminé, l’ingestion ou le contact cutané avec des matières polluées.

Substances médicamenteuses et perturbateurs endocriniens

Les glandes endocrines sécrètent des hormones qui agissent comme des messagers chimiques. Ces hormones déclenchent des réactions spécifiques régulant de nombreuses fonctions de l’organisme, telles que la croissance, la reproduction et le comportement. Or, parmi les milliers de molécules chimiques introduites dans l’environnement, certaines sont soupçonnées d’avoir des effets similaires à ceux des hormones naturelles et de perturber le système reproducteur, les perturbateurs endocriniens : des œstrogènes médicamenteux, des pesticides organochlorés (DDT), des plastifiants (bisphénol A, phtalates), des dioxines (PCB).

Plusieurs études ont montré que dans certains cours d’eau, une forte proportion d’organismes aquatiques mâles, notamment des poissons (Gardons, Truites) présentaient des signes de féminisation. Les hormones naturelles et de synthèse présentes dans les pilules contraceptives et d’autres produits pharmaceutiques rejetés dans les eaux usées seraient responsables de ce phénomène, qui pourrait se traduire par un déclin des populations. Les crustacés sont eux aussi sensibles aux perturbateurs endocriniens. L’Écrevisse de Louisiane est perturbée par l’exposition au cadmium, dont les effets sont visibles au niveau de sa fécondité et de son éclosion.

b. Conséquences des toxicités sur les êtres vivants

Contamination des êtres vivants

Une partie seulement de la quantité totale d’une substance présente dans l’environnement est absorbable par un être vivant : la fraction biodisponible. La quantité de polluants qui passe dans le système digestif des animaux sans être absorbée est exclue. L’absorption de la fraction biodisponible d’un polluant est la bioaccumulation.

Chez les végétaux, il s’agit des mécanismes d’absorption racinaires et foliaires. Chez les animaux, les processus concernés sont variés : les mécanismes respiratoires, digestifs, transcutanés et transbranchiaux. Le poisson est tout particulièrement révélateur de la contamination de son environnement car il est par nature totalement inféodé aux cours d’eau. Il est concerné par deux voies principales d’absorption : l’ingestion de nourriture et la filtration continue d’eau au niveau branchial.

Parmi les différents phénomènes de bioaccumulation, on distingue la bioconcentration et la bioamplification. Lorsque les polluants proviennent de l’eau environnante et que leur concentration dans un organisme est supérieure à leur concentration dans l’environnement, on parle de bioconcentration. Lorsque les polluants s’accumulant dans un organisme proviennent de proies contaminées, on utilise le terme de bioamplification.

Tous les organismes subissent, à des degrés divers, le phénomène de bioaccumulation. En conséquence, la concentration augmente le long d’une chaîne trophique dans un environnement contaminé ; les concentrations maximales étant obtenues chez les carnivores secondaires. Les  polluants pas ou très peu biodégradables sont caractéristiques de ce phénomène.

Différents types de toxicité

Une toxicité s’établit selon les quantités absorbées et la durée d’exposition à une substance donnée.

  • Toxicité aiguë

Elle provoque la mort ou des altérations physiologiques très graves après un court délai suivant l’absorption d’une dose importante d’une substance nocive. En guise d’exemple de ce type de toxicité très spectaculaire, citons l’inhalation de monoxyde de carbone par tout invertébré terrestre, l’ingestion d’un insecticide organophosphoré, de cyanure à de très faibles doses ou encore l’exposition d’un végétal à de faibles concentrations d’ozone.

  • Toxicité subaiguë

Elle se caractérise par le fait qu’une proportion significative de la population peut survivre à l’intoxication tout en présentant des signes physiques de l’intoxication. Il peut s’agir du contact avec de moindres concentrations des mêmes substances que celles associées à une toxicité aiguë.

  • Toxicité à long terme

C’est le cas le plus courant. Elle est la manifestation du risque lié au contact prolongé à de très faibles concentrations de polluants. L’exposition permanente est généralement la conséquence de la contamination de l’environnement direct de l’individu considéré (air, eau, sol).

L’étude de la toxicité parmi ce cocktail de substances diverses n’en est que plus difficile. En effet, deux ou plusieurs substances peuvent voir leur toxicité modifiée par cette cohabitation. Il y a antagonisme lorsque les effets toxiques de deux substances se compensent ou s’annulent, et potentiation lorsque l’effet toxique observé dépasse les effets cumulés des deux substances prises isolément.

Principaux effets de l’exposition à des polluants

La diversité des micropolluants, organiques ou minéraux, va de pair avec la variété des types de toxicité. Des effets toxiques peuvent être observés chez les végétaux à différents niveaux, les différents herbicides sont une utilisation de cette toxicité qui peut se localiser sur les feuilles et le système racinaires, altérer la croissance ou la germination. Les animaux dont l’organisme est plus complexe peuvent être sujets à de nombreux types de toxicité.

  • La perturbation des fonctions vitales

L’impact peut se localiser au niveau du système respiratoire, des organes dits « détoxifiants » (foie, reins), ou encore du système immunitaire.

  • La neurotoxicité

Elle concerne les cellules du système nerveux. Un blocage de leur fonction, même très bref, induit de graves lésions pouvant être fatales.

  • La perturbation endocrinienne

Il s’agit de l’action du polluant toxique sur l’activité hormonale de l’animal. Elle peut, d’une part, être liée à l’action sur une glande endocrine. D’autre part, elle peut résulter d’une neurotoxicité perturbant le système hormonal. Les équilibres neuroendocriniens sont en effet essentiels pour l’équilibre hormonal de l’organisme.

  • Les perturbations de la fécondité

La fécondité peut être affectée par action directe sur les gonades ou en agissant sur l’embryon. Certains toxiques aux effets tératogènes induisent des malformations corporelles chez la descendance de l’individu exposé au toxique.

  • L’allergogénèse

C’est, chez l’Homme, l’effet le plus courant consécutif à l’exposition à de très nombreuses substances minérales et organiques générant différentes réactions allergiques. L’asthme est une manifestation caractéristique des toxiques aériens, plus répandue en milieu urbain.

  • La génotoxicité

L’expression de ce type de toxicité est la mutagenèse. Un effet mutagène affecte le code génétique d’une cellule. Ces effets peuvent être à l’origine de l’apparition de cancers (effets carcinogènes).

IV. Perspectives