Des micropolluants dans les eaux antarctiques

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Question émergente

Version: 1.0

Publié: 02/04/2018 GMT

Contenu validé: 02/04/2018 GMT

Auteurs

Philipp Emnet

Gateway Antarctica, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand. philipp.emnet[at]gmail.com

Examiné par des pairs tick


Résumé

Texte original en anglais – traduction française supervisée par Olivier Chastel, Centre d’Etudes Biologiques de Chizé, UMR 7372, CNRS & Université de La Rochelle, France

 

 

Grace à l’amélioration des techniques d’analyse, les composés utilisés pour les produits pharmaceutiques et de soins personnels (PPSP) font partie des substances les plus souvent détectées dans les eaux de surface partout dans le monde. Catégorisés de micropolluants, ce sont des produits pharmaceutiques et les ingrédients de cosmétiques, dentifrices, crèmes solaires, hydratants pour la peau, shampooings, antalgiques et même quelques drogues récréatives. Les micropolluants entrent principalement dans les milieux aquatiques via les eaux usées parce-que les méthodes habituelles de traitement sont incapables d’éliminer complètement ces molécules avant l’évacuation des effluents. Jusqu’à présent, l’état des connaissances sur leur présence et impacts sur les milieux du littoral reste limité. Néanmoins, des expériences démontrent que certains micropolluants peuvent se bio-accumuler dans les sédiments, les plantes et les animaux. De plus, ces micropolluants semblent capables de perturber le système hormonal des organismes aquatiques. Pour la première fois en Antarctique, des micropolluants ont été signalés dans les effluents rejetés depuis les bases Scott, McMurdo et Mario Zucchelli, dans l’eau de mer et la glace de mer environnantes, mais aussi au fond de la mer, à des concentrations semblables à celles trouvées dans les eaux côtières des zones tempérées. Des études menées récemment autour de la Péninsule antarctique ont trouvé mêmes quelques traces de parfums, analgésiques et d’anti-inflammatoires dans les réseaux aquatiques.

 


Résumé

L’Antarctique est l’un des derniers endroits sur Terre relativement épargné par les activités humaines. La plupart des stations scientifiques de recherche sont situés le long du littoral. Ces stations rejettent à la mer des eaux usées et d’égout qui contiennent divers polluants  [1]. Selon l’Annexe III du Protocol sur la Protection de l’Environnement de la Traité sur l’Antarctique (Article 5), la seule exigence pour les effluents est de les faire macérer avant évacuation et ceci uniquement pour les stations ayant un effectif de plus de 30 personnes. En conséquence, les eaux usées de 37% des bases antarctiques permanentes et de 69% des stations d'été ne font l’objet d’aucun traitement. Alors que la plupart des Parties retire maintenant tous les déchets humains solides des sites de terrain, il est permis en vertu de l'Annexe III du Protocole d'éliminer les déchets humains bruts et les eaux grises directement dans l'océan par des fissures de marée dans la glace de mer. De plus, l’Annexe IV du Protocole sur la Pollution marine autorise également les navires à rejeter dans l’océan les déchets alimentaires et d’égout, une fois macérés, s’il se trouvent à au moins 12 milles marins de la côte ou de la plaine de glace.

Partout dans le monde, les produits pharmaceutiques et cosmétiques (PPCP) apparaissent dans les eaux usées domestiques et industrielles, évacuées vers l’environnement. Ils sont classés comme micropolluants [2]. Parmi les PPCPs certains molécules sont vraisemblablement persistantes dans l’environnement [3], et plusieurs processus classiques de traitement des eaux usées n’ont donc pas la capacité de les éliminer [4]. A l’heure actuelle, des impacts potentiels sont à craindre, mais auparavant ces substances ne faisaient pas l’objet d’analyses [4,5]. Parmi ces effets il y a le dérèglement du système hormonal chez les vertébrés et les invertébrés. Chez les animaux, les hormones jouent un rôle crucial dans les processus reproductifs et de développement, et il a été démontré que les composés perturbateurs présents dans les milieux d’eau douce ont des impacts importants, tels que le changement de sexe des poissons par exemple [5]. Mais peu de recherches ont été faites sur ce type d’effets dans les écosystèmes marins.

En 2009 une première étude a montré la présence de micropolluants dans les effluents des eaux grises de la base Scott et de la station McMurdo, ainsi que dans l’environnement du littoral proche de ces installations. Suite à ces observations, une investigation de suivi a été conduite en 2012 sur la diffusion des PPCPs sur une surface plus étendue du détroit de McMurdo [6].

Les effluents analysés de la base Scott et de la station McMurdo ont été identifiés comme étant la principale source d'un large éventail de PPSP, tandis que le déversement de déchets humains non traités à travers la glace de mer, y compris les déchets de l'aéroport situé sur la glace de mer (une pratique qui a maintenant cessé) a été identifié comme une source mineure possible [6]. L’analyse d’échantillons d’eau de mer, de faune et de flore des fonds marins, collectés dans la baie Pegasus (Ile de Ross, Antarctique) démontrent que les PPCPs sont largement répandus, détectées jusqu’à 25 km en amont des stations de recherche. L’étude portait plutôt sur certaines catégories de produits: écrans solaires UV, anti-microbiens, agents de surface et hormones stéroïdiennes (Tableau 1) [6].

 

Tableau 1. Composes chimiques provenant de la dégradation du PPCP et hormones détectées en Antarctique

 Composé  Utilisation
 Methyl paraben (mParaben)  Conservateur (produits de soins personnels et produits alimentaires)
 Ethyl paraben (eParaben)  Conservateur (produits de soins personnels et produits alimentaires)
 Propyl paraben (pParaben)  Conservateur (produits de soins personnels et produits alimentaires)
 Butyl paraben (bParaben)  Conservateur (produits de soins personnels et produits alimentaires)
 4-t-octylphenol (OP)          Tensioactif, plastifiant
 4-n-nonylphenol (NP)  Tensioactif, plastifiant, spermicide
 Triclosan  Agent antibactérien (savons,shampoings)
 Methyl triclosan (mTriclosan)      Métabolite de Triclosan
 Benzophenone-1  (BP-1)  Filtres UV (crème solaire, cosmétiques)
 Benzophenone-3 (BP-3)                    Filtres UV (crème solaire, cosmétiques)
 4-methylbenzylidenecamphor (4-MBC)  Filtres UV (crème solaire, cosmétiques)
 2-ethylhexyl-ρmethoxycinnamate (OMC)  Filtres UV (crème solaire, cosmétiques)
 Bisphenol A  (BPA)  Précurseur de polycarbonate
 Estrone (E1)  Hormone naturelle
 17β –estradiol (E2)  Hormone naturelle
 Estriol (E3)  Hormone naturelle
 17α-ethynyl-estradiol (EE2)  Pilule contraceptive
Coprostanol (Cstanol)  Stéroïde fécal

 

Dans les effluents et l’eau de mer les micropolluants les plus fréquemment détectés sont : OP, 4-MBC, BP-3, BP-1, triclosan, methyl triclosan, BPA, E1, et Cstanol (Tableau 1) utilisés essentiellement dans la composition des cosmétiques. Les concentrations de ces substances dans l’effluent étaient comparables à celles relevées par d’autres études internationales publiés antérieurement. Par exemple, les quantités de micropolluants présents dans les eaux usées en Nouvelle-Zélande sont variables, entre les niveaux bas et moyens exprimés en ng/L,tandis que pour l’Antarctique elles se situées entre les taux bas en ng/L et en μg/L. Les concentrations maximales de OP, 4-MBC, BP-1, E1, et EE2 dans l’effluent, détectées pendant la saison 2012-2013, étaient plus élevées que celles communiquées auparavant à l’échelle internationale [6].  

Si en Antarctique les émissions les plus importantes depuis les égouts se limitent essentiellement à la période estivale lors du pic de fréquentation des bases, leur persistance dans l’environnement ouvre la voie à l’absorption de ces polluants par les organismes marins tout au long de l’année. C’est le cas même en hiver quand les évacuations d’eaux usées sont au plus bas. Des études montrent que les palourdes (Laternula elliptica), les oursins (Sterichinus neumayeri), et les poissons (Trematomus bernachii) accumulent des PPCPs (mParaben, pParaben, BP-3, E2, EE2, OP, Cstanol). Des indices venant d’autres milieux marins démontrent que les sédiments pourraient aussi servir de réservoirs de PPCPs [6]. Cependant la plupart des données relatives à l’accumulation de ce genre de molécules provient toujours de la recherche effectuée dans l’hémisphère nord. Alors qu’en Antarctique les concentrations dans les tissus de OP, BP-3, et EE2 sont comparables aux résultats d’autres études internationales [6], les niveaux trouvés dans certains niveaux tissulaires de BP-3 étaient quatre fois plus élevés que ceux constatés auparavant dans d’autres études [6]. Les échantillons de la mer de Ross, obtenus directement dans le milieu naturel; sont les premiers à montrer une bioaccumulation de mParaben, pParaben, et E2 à des niveaux comparables à ceux observés dans hémisphère nord, et il est probable que les effets biologiques sont donc du même ordre de grandeur, voire plus élevés. En ce qui concerne les crèmes solaires, l’activité oestrogénique des filtres UV est bien connue [2], les OP peuvent provoquer des troubles hormonaux chez les espèces marine et d’eau douce [7], et le triclosan est toxique pour les algues, micro-organismes, et les larves des poissons [8]. De plus, les résidus des hormones stéroïdiennes, triclosan et BPA deviennent déjà actifs biologiquement à partir de concentrations faibles dans l'environnement [8,9]. 

La même diversité de micropolluants a été trouvé dans les eaux d’égout, l’eau de mer, et dans la faune et la flore provenant d’une étude comparable effectuée en Nouvelle-Zélande [6]. Cependant les concentrations maximales de micropolluants trouvées dans les effluents de l’Antarctique s’avèrent plus élevées que celles des eaux usées néo-zélandaises. De plus la variation mensuelle des concentrations était également plus importante en Antarctique, et ces produits se dispersaient jusqu’à 25 km des bases Scott et McMurdo, un résultat inattendu [6]. 

Des études récentes sur la baie Terra Nova ont détecté pour la première fois une grande variété de parfums issus des PPCPs dans les eaux marines, tels que l’Ambrofix, le salicylate d'amyle, le salicylate de benzyle, le salicylate d'hexyle, le Lemonile et l’Okoumal, dont la concentration combinée atteint jusqu’à 100 ng/L. Le traitement des effluents n’a pas éliminé les parfums et les concentrations dans la baie voisine de Tethys augmentaient pendant la fonte saisonnière de la glace de mer et de sa couverture de neige [10].   

La plupart des études récentes portant sur les micropolluants en Antarctique distinguent 16 produits pharmaceutiques y compris des analgésiques et des drogues récréatives dont la caféine dans la région de la péninsule Antarctique [11]. Sur la base des calculs des unités de toxicité, on identifie parmi ces produits les analgésiques et les anti-inflammatoires comme étant potentiellement les plus inquiétants à l’égard des écosystèmes marins de l’Antarctique, mais ceux-ci ne sont présents qu’à très faibles concentrations. 

Les résultats d’expériences sur des stations d’épuration semblables à celles installées en Antarctique démontrent que leur configuration ne permet pas l’élimination efficace des micropolluants en question [12]. Même s’il existe des indications expérimentales qui suggèrent que la photodégradation naturelle par les UV du soleil aide à réduire les concentrations de certains composés [13], ce processus est clairement insuffisant. Des développements technologiques peuvent apporter de nouvelles options techniques de traitement des effluents en Antarctique, en intégrant peut-être des procédés utilisant les UV et d’autres méthodes, dont certaines sont déjà opérationnelles dans certaines stations [14]. 

La découverte de l’accumulation biologique de mParaben et pParaben dans les animaux et les plantes de l’Antarctique est surprenante, puisque ce phénomène n’a été démontré que récemment au sein d’un écosystème marin [15]. Ce résultat suggère la présence de micropolluants plus nombreux et plus divers susceptibles d’avoir des impacts écologiques plus inquiétants que ce que l’on pensait auparavant. Les concentrations maximales des PPCPs détectés étaient moins élevées, de plusieurs ordres de grandeur, que celles capables de provoquer des effets biologiques. Les hormones stéroïdiennes ayant une activité biologique la plus prononcée, E1, EE2, et E3 ne sont détectées que rarement, et aux concentrations proches des limites de la quantification. Mais les risques potentiels posés par ces produits chimiques aux écosystèmes marins uniques à l’Antarctique demeurent inconnus [6].  

Les organismes antarctiques sont caractérisés par un faible métabolisme et une croissance très lente [16], et ils sont donc exposés pendant des périodes plus longues aux différents risques. A l’heure actuelle, rien n’est connu sur l’adsorption des micropolluants ou sur les conséquences possibles pour ces organismes, si les concentrations tissulaires devaient augmenter au fil du temps. De plus, l’impact sur l’environnement des mélanges de micropolluants (effets cocktail) sont également inconnus car partout les tests se font principalement sur les composés seuls et les effets de tels mélanges ne sont pas été étudiés [17].

Certaines questions clés pour la recherche sur les micropolluants à l’échelle mondiale ont été identifiées [18]. Celles-ci pourraient nous indiquer les sujets d'intérêt majeur à étudier à l’avenir en Antarctique.