environments.aq Logo

Antarctic Environments Portal

Sources, dissémination et impacts des eaux usées en Antarctique

Sources, dissémination et impacts des eaux usées en Antarctique

Résumé d'informations

Version: 1

Publié: 30/09/2016 GMT

Contenu validé: 30/09/2016 GMT

Auteurs

Jonathan S Stark (1), Kathleen E. Conlan (2), Kevin A. Hughes (3), Stacy Kim (4), César C. Martins (5)

(1) Australian Antarctic Division, Channel Hwy, Kingston 7050, Tasmania, Australia
(2) Canadian Museum of Nature, P.O. Box 3443, Station D, Ottawa, Ontario, Canada K1P 6P4
(3) British Antarctic Survey, Natural Environment Research Council, High Cross, Madingley Road, Cambridge CB3 0ET, UK
(4) Moss Landing Marine Labs, Moss Landing, CA 95039, USA
(5) Centro de Estudos do Mar, Universidade Federal do Paraná, Caixa Postal 61, 83255-976, Pontal do Paraná, PR, Brazil

Examiné par des pairs tick


Résumé

Le rejet des eaux usées dans l’environnement antarctique présente un risque élevé et majeur d’impacts environnementaux. Parmi ces impacts potentiels figurent  l'introduction de micro-organismes non indigènes et d’agents pathogènes, la pollution génétique ou la présence de contaminants qui pourraient avoir à long terme des conséquences sur la santé de la faune sauvage, la biodiversité et la structure des communautés à proximité des stations antarctiques. Les pratiques de traitement et d'élimination de ces eaux usées varient considérablement d'une station à une autre. Chaque Partie fixe ses propres normes selon une interprétation variable des exigences requises en vertu du Protocole sur la protection de l'environnement. Des recherches complémentaires et le suivi des impacts des eaux usées sur les écosystèmes antarctiques aideront à quantifier les risques et les impacts potentiels. Nous manquons actuellement de lignes directrices décrivant les niveaux admissibles de bactéries, de produits chimiques et d'autres contaminants déversés au sein de la zone du Traité. L’établissement de telles lignes directrices permettrait de fixer un niveau de référence pour le suivi. L'une des plus grandes priorités du Comité pour la protection de l'environnement (CPE) est de lutter contre l'introduction d'espèces non indigènes. Si le déversement d’eaux usées représente une source importante d'introductions potentielles, un système de traitement avancé des eaux usées pourrait considérablement réduire le risque associé.


Résumé

Le Protocole au Traité sur l'Antarctique relatif à la protection de l'environnement autorise l'évacuation des eaux grises et des eaux noires (ci-après dénommées les eaux usées) des stations antarctiques dans la mer ou dans de profonds puits de glace dans les zones non côtières, quand leur retrait de la région n’est pas réalisable. Les eaux usées ont également été déversées par le passé dans les zones intérieures du continent, enfouies dans la neige, rejetées  dans des cours d'eau ou des lacs intérieurs et même, dans certains cas, à même les terres libres de glace [1,2]. Aucune de ces méthodes ne satisfait aujourd'hui les exigences du Protocole. Conformément au Protocole, le déversement en mer doit tenir compte de la « capacité d'assimilation du milieu marin récepteur », et doit être situé, dans la mesure du possible, là où les conditions permettent « une dilution initiale et une dispersion rapide », bien que ces termes ne soient à ce jour pas définis. Le niveau minimum de traitement requis est la macération, mais seulement lorsque l‘occupation estivale de la station dépasse 30 personnes. En pratique, un large éventail de technologies de traitement est utilisé [1, 3, 4], allant de l'absence de traitement (notamment dans de nombreuses stations saisonnières ou de moindre taille) jusqu’à des systèmes tertiaires avancés.

McMurdo wastewaterbldg

Figure 1. L'unité de traitement des eaux usées de McMurdo est une installation de grande envergure. Elle dessert une population qui peut dépasser 1000 personnes et traite une quantité de produits solides plus importante que la moyenne, ce qui nécessite des lignes de broyage substantielles.

 

Les origines des eaux usées dans les stations antarctiques vont des effluents domestiques (cuisines, douches, toilettes) à ceux de l’industrie légère (laboratoires et ateliers mécaniques) bien qu'elles ne correspondent pas entièrement à ce que prévoit l'annexe III du Protocole de Madrid ; elles ont davantage de similitudes avec les eaux usées municipales standard avec, par exemple, des charges microbiologiques élevées [5]. Cependant, plusieurs caractéristiques peuvent les différencier: les eaux usées peuvent être plus concentrées (car il n'y a pas d'eaux pluviales ou de ruissellement et l'utilisation de l'eau est généralement limitée), tandis que les éléments nutritifs, la demande biologique en oxygène (DBO) et les niveaux de solides susceptibles de sédimenter peuvent être plus élevés [5] et les taux de dégradation environnementale plus bas [3]. Le volume des eaux usées produites peut également être très variable en raison de cycles saisonniers d’occupation des stations, mais ils sont généralement faibles en comparaison des déversements domestiques traditionnels, allant de plusieurs centaines à des dizaines de milliers de litres par jour, avec toutefois des volumes sensiblement plus élevés dans les grandes stations (par exemple la station McMurdo [6]). La grande variabilité des paramètres caractérisant les eaux usées peut être cause de difficultés techniques pour les opérateurs faisant fonctionner les unités de traitement tout au long de  l'année. Les contaminants détectés dans les eaux usées comprennent des métaux, des composés organiques persistants (POP) (notamment les éthers diphényliques polybromés (PBDE) [7,8]), des tensioactifs, des hydrocarbures et des composés perturbateurs endocriniens [3].

clarity of discharge effluent at McMurdo SMALL

Figure 2.  Limpidité des eaux de rejets de l’unité de traitement des eaux usées de McMurdo.

 

De nombreuses études sur les eaux usées de l'Antarctique ont mis l'accent sur la mesure de leur répartition et de leur ampleur dans le milieu marin. Celles-ci ont été entreprises principalement pendant l'été ; cependant, pendant l'hiver, lorsque les zones côtières sont couvertes par la banquise, les conditions de dispersion peuvent être différentes [9]. Quatre catégories de traceurs de la dispersion des eaux usées ont été identifiées : les bactéries entériques d’origine humaine telles Escherichia coli, Enterococci, Clostridum perfringens  et les coliformes totaux [3, 9-11] ; les biomarqueurs humains tels que les stérols fécaux [12-14] ; les contaminants et les marqueurs moléculaires d'eaux usées tels que les hydrocarbures [11], les alkylbenzènes linéaires [13], les traces de métaux [11], les éthers diphényliques polybromés (PBDE) [7, 8,1 1] ; et les isotopes stables [6]. Ces traceurs peuvent être détectés dans l'eau de mer, dans les sédiments et les organismes marins, notamment dans des  poissons et des invertébrés [14], jusqu’à 2 km des stations. En général, les eaux usées déversées en Antarctique s’écoulent principalement le long du rivage, avec peu d’indices de dissémination en mer [11, 15], exception faite des sites d'élimination en mer sur des plates-formes de glace ou sur la banquise permanente, à l’instar des aérodromes de la station de McMurdo  [16]. Cependant, la mesure des traceurs ne permet pas d'indiquer s'il y a de réels impacts environnementaux résultant de ces déversements.

 Le Protocole stipule que des précautions doivent être prises pour empêcher l'introduction de micro-organismes non indigènes en Antarctique, sans mentionner spécifiquement les risques associés eaux usées. La dispersion des eaux usées entraîne la libération dans l'environnement d'un grand nombre de micro-organismes non indigènes, de virus et d'agents pathogènes [3] qui peuvent rester viables pendant des périodes prolongées [2, 17], et peuvent également représenter une menace importante pour les espèces microbiennes et de la macrofaune indigènes [18]. Les eaux usées peuvent également contenir des éléments génétiques mobiles, tels que ceux codant pour une résistance aux antibiotiques [19, 20] que l’on a retrouvés établis dans certaines populations bactériennes et animales locales [18, 19], et qui ont été désignés par le terme de « pollution génétique ». Cependant, au-delà de la mise en évidence de la présence de micro-organismes non indigènes, il y a peu de recherche visant à déterminer leurs impacts potentiels. Il y a un grand nombre de cas recensés de maladies associées à des pathogènes (par exemple Salmonella) dans la faune sauvage antarctique, y compris parmi les manchots Adélie et les gorfous macaroni, les labbes, les otaries à fourrure, les albatros et les mouettes [3], bien que la preuve d'une source anthropique ou de l'émergence ultérieure de maladies fasse défaut. Cependant, les bactéries fécales humaines ont été trouvées dans la faune sauvage antarctique (par exemple chez des palourdes, des poissons, des oursins et étoiles de mer) avec une incidence plus élevée à proximité des déversoirs, indiquant l'ingestion d'eaux usées, en outre confirmée par les isotopes stables [6]. Aucun symptôme de maladie n’a été rapporté [3], mais une augmentation de l'incidence des anomalies des organes internes a été signalée pour des poissons [21].

Notre compréhension des impacts environnementaux des eaux usées rejetées dans les écosystèmes antarctiques est relativement limitée. Des communautés marines benthiques ont été étudiées dans les stations de McMurdo, Casey et Davis en tant qu'indicateurs de la pollution par les eaux usées. Les impacts sur les communautés étaient généralement corrélés à l’échelle du déversement des eaux usées, avec la réduction de la diversité et de l'abondance des espèces, et avec la domination de certaines espèces opportunistes [22, 23]. Les études éco-toxicologiques des eaux usées sont rares mais indiquent effectivement, pour des expositions de plusieurs semaines, leur toxicité pour les invertébrés marins antarctiques, même à faibles concentrations [5]. Nous savons très peu de choses sur les impacts des eaux usées répandues à l'intérieur des terres, notamment dans les puits de glace, les lacs d'eau douce et les ruisseaux, ou encore les zones libres de glace. Les taux de dégradation extrêmement faibles et les changements climatiques récents pourraient conduire à une résurgence des déchets historiques et à des problèmes de pollution à long terme.

L'efficacité des stations d'épuration des eaux usées dépend du type et du niveau de traitement. Le traitement classique élimine les éléments nutritifs (pour empêcher l'eutrophisation) et réduit les concentrations de microorganismes ou de pathogènes. Les eaux marines de l'Antarctique ne sont généralement pas limitées en éléments nutritifs, mais des risques importants pour l'environnement peuvent être causés par les contaminants et les micro-organismes [5]. La plupart des systèmes de traitement d’eaux usées des stations suppriment les nutriments et diminuent la DBO, reflétant ainsi les processus de traitement secondaires décrits dans le Protocole (à savoir les réacteurs biologiques rotatifs, ou RBC). Cependant, l'élimination des micro-organismes des eaux usées devient plus efficace lorsque l'on utilise des procédés de traitement plus sophistiqués, un traitement tertiaire avancé parvenant presque à éliminer la libération de pathogènes et de micro-organismes et supprimant tous les contaminants [3, 5].

Ceramic membrane treatment Davis Station

Figure 3. Cette vue en coupe de l'unité de traitement des eaux usées de la station Davis montre la complexité de l'ingénierie nécessaire pour le traitement.

 

Davis treatment plant

Figure 4. Intérieur de l’unité de traitement des eaux usées de Davis.

 

Jusqu'à présent, aucune ligne directrice spécifique relative au le rejet des eaux usées ou aux niveaux admissibles de bactéries dans les effluents n’a été établie  dans le cadre du Protocole. Cependant, les technologies pour le traitement des eaux usées se sont nettement améliorées depuis que le Protocole a été signé (1991), et le recours à un traitement tertiaire de pointe représente désormais la meilleure façon de réduire l’éventail des risques potentiels associés aux rejets des eaux usées. Le rejet d'eaux usées non traitées et contenant des micro-organismes non indigènes associés, des éléments génétiques, des contaminants et des nutriments chimiques, reste une source de préoccupation importante. Le suivi des exutoires et des  zones de déversements existants, et la conduite de nouvelles recherches sur les contaminants nocifs (tels que les POP), les impacts microbiologiques,  la pollution génétique et  la santé de la faune sauvage peuvent aider à quantifier le risque et leurs impacts potentiels, en parallèle de la mise en œuvre de  techniques d'analyse plus fines, à même de détecter des introductions d’eaux usées plus faibles dans l'environnement antarctique. « Une dilution initiale et une dispersion rapide » suffisantes pour prévenir les impacts ne sont pas toujours possibles dans certains milieux du littoral maritime antarctique.  Les méthodes de traitement avancées peuvent fournir d’éventuelles solutions permettant d’atténuer le risque pour l’environnement.

Davis outfall with seaice SMALL

Figure 5. L’exutoire des eaux usées de la station Davis quand la glace de mer est présente.


Évènements clés

1975:  VIIIe RCTA.  Recommandation VIII-11.  Code de conduite pour les activités en Antarctique. Inclus l'obligation pour les déchets humains (ainsi que les déchets et effluents de blanchisserie) d’être macérés et évacués dans la mer, lorsque cela est possible.

1982:  XIIe RCTA.  Recommandation XII-4.  Code de conduite sur les rejets de déchets.  Les Parties ont noté que l'amélioration de la logistique et de la technologie augmentent la faisabilité du traitement sur place des déchets humains et autres, et ont recommandé que leurs gouvernements demandent conseil à leurs opérateurs antarctique quant à l'opportunité et la faisabilité de la révision du Code de conduite pour les activités en Antarctique, en particulier en ce qui concerne le potentiel accru du traitement sur place.

1991:  RCSTA XI-4.  Adoption du Protocole et de ses 4 premières Annexes.  L’Annexe III prévoit: 

  • Retrait des eaux usées de la zone du Traité sur l'Antarctique dans toute la mesure du possible.
  • Aucun rejet de déchets humains [et d'autres déchets] dans des zones libres de glace ou dans les systèmes d'eau douce.
  • Les eaux usées peuvent être déversées dans la mer, en tenant compte de la capacité d'assimilation de l'environnement de réception et à condition que le déversement soit rapidement dilué et dispersé.
  • Les grandes quantités d’eaux usées (des stations de 30 personnes ou plus) doivent être traitées au moins par macération.
  • Le sous-produit de traitement des eaux usées par le procédé technique des réacteurs biologiques rotatifs (RBC) peut être rejeté à la mer à condition que cela ne nuise pas à l'environnement marin.

2002:  Lignes directrices des bonnes pratiques du COMNAP visant à éviter les déversements d’eaux usées dans des sites à l’intérieur des terres

2006:  Atelier sur la gestion des déchets, tenu à Hobart par le Groupe d'experts sur l'environnement antarctique