Sources, dispersion et impacts des eaux usées en Antarctique

Le Protocole au Traité sur l’Antarctique relatif à la protection de l’environnement autorise le rejet de déchets et d’eaux usées (ci-après dénommés les « eaux usées » à partir des stations antarctiques dans la mer ou dans de profonds puits glaciaires situés en zone non côtières, lorsque leur enlèvement de la région n’est pas réalisable dans la pratique (Annexe III – Élimination et gestion des déchets). Auparavant, il arrivait aussi que les eaux usées soient rejetées dans des régions intracontinentales ; elles étaient enfouies sous la neige, rejetées dans les cours d’eau et lacs situés à l’intérieur des terres et sur les zones libres de glaces^{1, 2}. Aujourd’hui, aucune de ces solutions ne satisfait aux obligations établies par le Protocole. Conformément au Protocole, le rejet dans la mer doit tenir compte de la « capacité d’assimilation de l’environnement marin récepteur » et doit se situer, dans la mesure du possible, à un endroit où les conditions pour une « dilution initiale et une dispersion rapide » sont réunies, mais ces termes restent à ce jour en attente d’une définition précise. Le niveau de traitement minimum requis est la macération, mais uniquement lorsque la station accueille plus de 30 personnes en période estivale. Dans la pratique, toute une série de technologies de traitement des eaux sont utilisées^{1, 3, 4}, qui vont de l’absence de traitement (p. ex. dans beaucoup de stations plus petites ou saisonnières) à des systèmes de traitements avancés tertiaires.

Les eaux usées produites dans les stations antarctiques incluent les eaux domestiques (cuisines, douches, toilettes) et celles de l’industrie légère, des laboratoires et des ateliers de mécanique. Les eaux rejetées par les stations sont quelque peu similaires aux eaux usées municipales normales, par exemple des charges microbiologiques élevées⁵, tout en ayant toutefois plusieurs propriétés qui les différentient : les eaux peuvent être plus concentrées (puisqu’il n’y a pas d’eaux pluviales ou de ruissellement et que l’utilisation de l’eau est généralement restreinte) tandis que les éléments nutritifs, la demande biologique en oxygène (DBO) et les niveaux de solides décantables peuvent être plus élevés⁵ et les taux de dégradation environnementale plus bas³. La quantité d’eaux usées peut également se révéler très variable en raison des cycles saisonniers d’occupation des stations ; les volumes demeurent toutefois faibles en comparaison avec les déversements domestiques, allant de plusieurs centaines à des dizaines de milliers de litres par jour, avec des volumes nettement supérieurs dans les stations plus importantes (p. ex. la station McMurdo⁶). La grande variabilité des paramètres affectant les eaux usées peut poser des difficultés techniques pour les personnes qui s’occupent des usines de traitement tout au long de l’année.  Les contaminants détectés dans les eaux usées et autour des stations antarctiques peuvent inclure des métaux, des composés organiques persistants (POP) (comme les polybromodiphényléthers [PBDE]^{7, 8}), des tensioactifs, des hydrocarbures, des composés perturbateurs endocriniens³, des composés pharmaceutiques⁹ et des microplastiques¹⁰.

Les études portant sur les eaux usées en Antarctique se sont attelées à mesurer la répartition et l’ampleur des rejets d’eaux usées dans l’environnement marin. Cinq catégories de marqueurs de dispersion des eaux usées ont été identifiées : les bactéries entériques humaines, p. ex. Escherichia coli, Enterococci, Clostridum perfringens, et les coliformes totaux^{3, 11-13}; les marqueurs biologiques humains p.ex. des stérols fécaux^14-16; les marqueurs moléculaires des contaminants et des égouts, p. ex. les hydrocarbures¹², les alkylbenzènes linéaires¹⁵, les éléments traces métalliques¹², les polybromodiphényléthers (PBDE)^{7, 8, 12}; les isotopes stables⁶; ainsi que les composés pharmaceutiques et les médicaments^{9, 10}. Des marqueurs d’eaux usées ont été détectés dans l’eau de mer, le biote et les sédiments marins, notamment sur des poissons et des invertébrés¹⁶, jusqu’à 2 km des stations. Les études ont principalement été menées en été. Toutefois, en hiver, alors que les zones côtières sont recouvertes de glace de mer, les conditions de dispersion peuvent être différentes¹³. De manière générale, les eaux usées rejetées par les exutoires en Antarctique longent principalement la côte, avec peu d’indices de dissémination en mer^{12, 17}. Il existe des exceptions pour les sites d’élimination au large sur les plateformes de glace ou la glace de mer permanente comme les aérodromes de la station McMurdo¹⁸. La détection de marqueurs dans l’environnement n’indique toutefois pas si ces impacts environnementaux résultent de ces déversements.

Le Protocole stipule que des précautions doivent être prises afin d’éviter l’introduction de microorganismes non indigènes en Antarctique, bien qu’il ne soit pas fait mention spécifique des risques posés par les eaux usées. Le rejet d’eaux usées entraîne la libération de vastes quantités de microorganismes non indigènes, de virus et d’agents pathogènes³ dans l’environnement qui peuvent demeurer viables pendant de longues périodes^{2, 19}, et peuvent également représenter une menace substantielle pour les espèces indigènes de microbes et de la macrofaune²⁰. Les eaux usées peuvent également contenir des éléments génétiques mobiles, comme ceux qui encodent la résistance antibiotique^{21, 22}, qui ont été trouvés dans les populations bactériennes et animales locales^{20, 21} et ont été désignés par l’expression « pollution génétique ». Cependant, au delà du fait d’établir la présence de microorganismes non indigènes, il n’existe que peu de recherches visant à identifier leurs éventuels impacts. Un grand nombre de cas de maladies associées à des pathogènes ont été recensés (p. ex. Salmonella) au sein de la faune sauvage de l’Antarctique, notamment parmi les manchots Adélie et les gorfous dorés, les grands labbes, les otaries à fourrure, les albatros et les mouettes³, bien que la preuve d’une source anthropique ou de l’émergence ultérieure de maladies fasse défaut. Des bactéries fécales humaines ont été trouvées dans la faune sauvage antarctique (p. ex. palourdes, poissons, oursins et étoiles de mer) avec une prédominance à proximité des exutoires, ce qui indique une ingestion d’eaux usées, confirmée ensuite par les isotopes stables⁶. Aucun symptôme de maladie n’a été signalé³ mais une incidence plus élevée des anomalies au niveau des organes internes a été signalée pour des poissons trouvés autour d’un exutoire²³.

Notre compréhension actuelle des impacts environnementaux des rejets d’eaux usées dans les écosystèmes antarctiques est relativement limitée, mais une étude complète menée à la station australienne Davis indiquait un éventail potentiellement large d’impacts importants résultant de pratiques considérées à ce jour acceptables selon les termes du Protocole²⁴. Les communautés benthiques marines ont été étudiées dans les stations de McMurdo, Casey et Davis afin de servir d’indicateurs de pollution par les eaux usées. En général, les impacts sur les communautés étaient corrélés avec l’ampleur du déversement d’eaux usées, et les résultats affichaient une réduction de la diversité et l’abondance des espèces avec une dominance de certaines espèces opportunistes^{25, 26}. Les études écotoxicologiques des eaux usées sont rares, mais indiquent, pour des expositions de plusieurs semaines, une toxicité pour les invertébrés marins de l’Antarctique, même à faibles concentrations⁵. Nous savons peu de choses sur les impacts des eaux usées répandues à l’intérieur des terres comme des puits glaciaires, des lacs d’eau douce, des cours d’eau ou des zones libres de glaces. Les vitesses de dégradation extrêmement faibles et les récents changements climatiques pourraient entraîner une résurgence d’anciens déchets et des problèmes de pollution à long terme².

L’efficacité des stations d’épuration des eaux usées dépend du type et du niveau de traitement. Le traitement classique des eaux usées élimine les nutriments (afin d’éviter l’eutrophisation) et réduit les concentrations de microorganismes/pathogènes. Les eaux marines antarctiques ne sont en général pas limitées en nutriments mais l’environnement peut courir des risques importants en raison de contaminants et de microorganismes⁵. La plupart des systèmes de traitement d’eaux usées dans les stations éliminent les nutriments et réduisent la demande biologique en oxygène, ce qui reflète les processus de traitement secondaires décrits dans le Protocole (c.-à-d. les contacteurs biologiques rotatifs). Cependant, l’élimination des microorganismes présents dans les eaux usées devient plus efficace lorsque les processus de traitement sont plus sophistiqués, grâce à des systèmes de traitement avancé tertiaire qui éliminent presque la libération de microorganismes/pathogènes et qui suppriment tous les contaminants^{3, 5}.