SURVIE DES AGENTS PATHOGENES DANS L’ENVIRONNEMENT

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Origine des eaux usées

Les eaux usées ou eaux résiduaires constituent un liquide aqueux rendu impropre à la consommation suite à un usage industriel ou domestique.
Elles sont réparties en eaux pluviales, industrielles et eaux usées domestiques (figure 1).

Eaux pluviales

Elles constituent les eaux issues du ruissellement de l’eau de pluie sur les toits et la chaussée des villes.
Dans les régions industrielles, les eaux de pluie peuvent être contaminées par des poussières atmosphériques et des gaz étrangers comme le monoxyde de carbone (CO), le dioxyde de soufre (SO2), les oxydes d’azote (NO et NO2) et l’hydrogène sulfuré (H2S) (Brière, 2000).

Eaux industrielles

Elles proviennent de l’activité industrielle. Elles peuvent contenir des éléments nocifs pour l’environnement tels que les métaux lourds (plomb, mercure, cadmium…) et des composés organiques synthétiques non ou difficilement biodégradables (Ndiaye, 2003).

Eaux usées domestiques

Elles proviennent des différents usages de l’eau par l’homme. Elles sont partagées en eaux usées ménagères et eaux vannes.
– Les eaux usées ménagères ou eaux grises regroupent les eaux de bains, de lavage des locaux, des lessives et des cuisines (Rodier, 1996).
– Les eaux vannes ou « eaux noires » proviennent des toilettes (Langevin,
1997 In Ndiaye 2003). Riches en agents infectieux, elles sont chargées de fèces et d’urines (Rodier, 1996).
L’eau usée apparaît comme un liquide trouble, généralement grisâtre et contenant des matières en suspension d’origine minérale et organique. A cette charge s’associent presque toujours des matières grasses et colloïdales (Rodier, 1996 ; Bodiang, 2004).

Caractérisation des eaux usées domestiques

Les eaux usées domestiques sont caractérisées par la présence d’éléments et de microorganismes divers. Ils sont déterminés grâce à la mesure de paramètres physiques, chimiques et biologiques.

Paramètres physiques

Les paramètres physiques généralement mesurés sont le pH, la température, la conductivité et les matières en suspension.

pH

Le pH d’un effluent destiné à être rejeté dans l’environnement doit se situer entre 6,5 et 8,5 (OMS, 2006). La plupart des cultures maraîchères ne se développe pas en présence de pH acides ou basiques.

Température

Les températures situées entre 25 et 35°C sont optimales à l’activité bactérienne (OMS, 2006) de dégradation de la matière organique en matière minérale assimilable par les végétaux.

Conductivité

La conductivité est une expression numérique traduisant la capacité d’une eau à conduire un courant électrique. Elle dépend des ions présents, de leur concentration totale, de leur mobilité et de la température à laquelle elle est mesurée. Les solutions de la plupart des acides, bases et sels minéraux sont de bons conducteurs. Par contre, les molécules des composés organiques, peu ou pas dissociées, sont de mauvais conducteurs (Zerluth et Gienger, 2006).
Pour une valorisation dans l’agriculture, la conductivité peut jouer un rôle important. En effet, une eau apte à l’agriculture doit présenter une conductivité comprise entre 700 et 3000 µS/cm (OMS, 2006).

Matières en suspension (M.E.S.)

Elles proviennent des déchets des toilettes, de la cuisine, de la buanderie et des salles de bains (Diop, 2002).
L’utilisation des eaux contenant une grande quantité de matières en suspension peut mener non seulement au colmatage des systèmes de filtration, mais aussi à celui des sols provoquant une baisse de la fertilité des sols (Lenntech, 2005 In Ndiaye 2003).
L’analyse des matières en suspension est utilisée pour le contrôle du processus des traitements physique et biologique des eaux usées afin d’être conformes aux normes de rejet des effluents urbains (OMS, 1992).
Pour réaliser une irrigation au « goutte à goutte », l’eau doit présenter une concentration en matières en suspension inférieure à 10 mg/l (OMS, 2006).

Paramètres chimiques

Les paramètres chimiques permettent de mesurer l’ensemble des matières oxydables et minérales contenues dans les eaux résiduaires.

Matière organique

Les constituants organiques sont constitués :
– des composés de synthèse : ce sont des produits d’usage domestique (détergents, insecticides…) et industriel,
– des composés organiques : ce sont les matières organiques fécales, les déchets organiques de cuisine (Bodiang, 2004).
La teneur en matières oxydables des eaux résiduaires est déterminée grâce à deux mesures : la demande chimique en oxygène et la demande biochimique en oxygène.
• Demande chimique en oxygène (D.C.O.)
La demande chimique en oxygène (DCO) est la mesure de la quantité d’oxygène nécessaire pour dégrader les matières organiques présentes dans un échantillon par un oxydant chimique puissant (Radoux, 1993 In Bodiang 2004).
Elle permet d’évaluer la matière organique biodégradable et non biodégradable.
Une eau usée domestique a généralement une DCO inférieure ou égale à 500 mg/l et celle de l’effluent issu de son traitement est inférieure ou égale à 125 mg/l (Smith et Scott, 2005).
• Demande biochimique en oxygène (D.B.O.)
La demande biochimique en oxygène (DBO) correspond à la quantité d’oxygène nécessaire aux microorganismes pour transformer la matière organique biodégradable. Les microorganismes utilisent l’oxygène atmosphérique dissous de l’eau pour oxyder biochimiquement la matière polluante qui constitue leur source de carbone.
Ce paramètre est mesuré par la quantité d’oxygène consommée au bout de cinq jours à 20°C et à l’obscurité en mg/l. C’est la DBO5.

Eléments minéraux

Les éléments minéraux retrouvés dans les eaux usées domestiques sont essentiellement constitués d’azote et de phosphore.
• Azote
L’azote contenu dans les eaux résiduaires domestiques provient de la décomposition des déchets organiques et des rejets organiques humains (urée). (Bodiang, 2004).
L’azote se présente sous diverses formes : l’azote organique (sous forme de protéines, d’acides aminés ou d’urée), l’azote ammoniacal, les nitrates et les nitrites. La somme de ces formes constitue l’azote total.
¾ Ammoniac et ammonium
L’ammoniac est un élément nutritif pour les plantes qui provient de l’hydrolyse de l’urée.
L’ammoniac est facilement oxydable en nitrite et nitrate en présence d’une quantité suffisante d’oxygène (nitrification). Sous des conditions anaérobies, l’azote organique est converti en ammonium (NH4+) et ammoniac (NH3) (OMS, 1992).
¾ Nitrate
Le nitrate est le produit final de la décomposition aérobie de la matière organique azotée par des bactéries. Il constitue une matière nutritive pour les végétaux (OMS, 1992).
Les eaux usées rejetées dans l’environnement doivent avoir une concentration en nitrates comprise entre 5 et 30 mg/l (OMS, 2006).
¾ Nitrites
Les nitrites de l’eau sont le résultat de l’oxydation incomplète de l’ammoniac ou de la réduction du nitrate.
Ce composé intermédiaire du cycle de l’azote est instable et les concentrations habituelles retrouvées dans les eaux usées domestiques, dépassent rarement 1 mg /l (Scott et Smith, 2005).
• Phosphore
Il provient des déchets organiques du corps, des détergents industriels et des engrais.
Il est présent soit sous forme particulaire, soit sous forme dissoute (orthophosphates, polyphosphates) (Félix, 2006) dont la somme des deux constitue le phosphore total.
• Eléments-traces métalliques ou métaux lourds
Les éléments-traces métalliques, nocifs pour la santé à l’état dissous, sont retrouvés à l’état de traces dans les eaux usées domestiques (Valiron, 1985).

Paramètres biologiques

Les contaminants hydriques des eaux usées de nature biologique sont des parasites, des bactéries, des virus, des champignons et des micro-algues (Guérin, 2003).

SURVIE DES MICRO-ORGANISMES DANS L’ENVIRONNEMENT

Les bactéries et les parasites contenus dans les eaux usées domestiques proviennent généralement de la flore intestinale des hommes (OMS, 1989).
En dehors de leur milieu naturel, ils sont capables de survivre dans l’environnement et de maintenir leur capacité infectieuse pendant une période relativement longue (Pescod, 1992 In Vansteelant 2004).

Parasites

Les protozoaires sont des organismes unicellulaires, munis d’un noyau dont certains, tels que Entamoeba histolytica et Giardia intestinalis adoptent au cours de leur cycle de vie une forme de résistance appelée kyste (Lapierre, 1973).
Les helminthes sont des vers multicellulaires. Leurs œufs sont très résistants et peuvent survivre plusieurs semaines voire plusieurs mois sur le sol ou les plantes cultivées.
La concentration en œufs d’helminthes dans les eaux usées domestiques est de 10 à 103 œufs/l (Faby, 1997 In Vasteelant 2004).
Le tableau III montre le temps de survie de certains parasites dans différents milieux.

Matériel pour l’identification

• Bec Bunsen
• Dessiccateur
• Ethanol à 95°
• Etuve à 37°C MEMMERT
• Four à DCO MEMMERT
• Tubes à essai
• Eau peptonée (milieu d’enrichissement d’Escherichia coli)
• Sonde fluorescente marquée
• Tampon de lavage
• Tampon d’hybridation
• Chambre d’incubation
• Incubateur OMNILAB
• Lames porte-objet
• Coloration de DAPI
• Citifluor
• Huile à immersion
• Microscope à épifluorescence Axioskope 2, Zeiss
• Microscope optique LEICA
• Stomacher 400 Circulator SEWAD
• Réactifs en poudre HACH
¾ NitraVer 5 (Identification des nitrates)
¾ NitriVer 3 (Nitrites)
¾ Poudres de Salycilate d’ammonium et de Cyanurate d’ammonium (Ammonium)
• Sulfate de Zinc 33%
• Ether
• Tampon acéto-acétique

Méthodes

Analyses physico-chimiques

Prélèvement des eaux de la station

Les eaux usées domestiques proviennent de la station d’épuration de Cambérène. Elles y subissent un prétraitement, puis sont livrées à la station de l’IFAN toutes les deux semaines. L’eau est échantillonnée :
¾ dès son arrivée à la station. L’échantillon est appelé eau usée brute ou EUB ;
¾ à l’entrée de la filière de microphytes : Entrée Combinaison ou EC ;
¾ à la sortie de la combinaison microphytes-macrophytes-gravier nu : Sortie Combinaison ou SC. Dès la livraison, un volume d’un litre d’eaux usées brutes est prélevé. Il est conservé à -18°C pendant 14 jours puis analysé.
Tous les jours, un volume de 500 ml est récolté au niveau de chaque point de prélèvement trois fois par jour à 9h, à 13h et à 17h. A la fin de la journée, un échantillon moyen de 1,5 litre est obtenu pour chaque point de récolte d’eau.
Un volume de 70 ml de cet échantillon journalier moyen est prélevé et conservé dans une bouteille de 1,5 litres à -18°C.
L’échantillonnage au niveau des points de prélèvements est répété tous les jours pendant 14 jours. Cela permet ainsi d’obtenir l’échantillon moyen sur lequel se feront toutes les analyses chimiques.
Les échantillons sont conservés à -18°C jusqu’aux analyses.

Paramètres physiques

• pH
Le pH d’une eau est défini comme étant le cologarithme de l’activité des ions hydrogène : pH = – log [H+] (Smith et Scott, 2005).
Le pH permet de mesurer l’acidité ou l’alcalinité d’une solution. L’échelle de pH varie de 0 à 14 avec une valeur médiane de 7. Cette dernière correspond à une solution neutre à 25°C.
La mesure du pH s’est faite sur 6 échantillons d’eaux usées brutes et 59 échantillons pour les eaux à l’entrée (EC) et la sortie de la combinaison (SC) aux différentes heures de prélèvement.
• Température
La mesure se fait à l’aide d’un thermomètre gradué en degré Celsius et permettant une lecture à 0,1°C près (OMS, 1992).
La mesure de la température est effectuée sur 6 échantillons d’eaux usées brutes et 59 échantillons pour les eaux à l’entrée (EC) et la sortie de la combinaison (SC) aux différentes heures de prélèvement.
• Conductivité
L’unité de conductivité électrique standard est le Siemens par mètre (S/m). Elle est exprimée en millisiemens par centimètre (mS/cm) ou en microsiemens par centimètre (µS/cm) (OMS, 1992).
La mesure de la conductivité est réalisée avec un conductimètre sur 4 échantillons d’eaux usées brutes et 41 échantillons pour les eaux à l’entrée (EC) et la sortie de la combinaison (SC) aux différentes heures de prélèvement.
Le pH, la température et la conductivité sont mesurés in situ, après échantillonnage.
• Les matières en suspension
Elles sont déterminées par filtration d’un volume connu de l’échantillon. Le poids des matières retenues est déterminé par pesée différentielle après séchage du filtre à 105 °C.
Ce paramètre est déterminé sur 6 échantillons pour chaque catégorie d’eau : eaux usées brutes, eaux à l’entrée (EC) et à la sortie de la combinaison (SC).

Table des matières

 INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : GENERALITES
I. REUTILISATION DES EAUX USEES DANS L’AGRICULTURE, UNE ALTERNATIVE
I.1. Origine des eaux usées
I.1.1. Eaux pluviales
I.1.2. Eaux industrielles
I.1.3. Eaux usées domestiques
I.2. Caractérisation des eaux usées domestiques
I.2.1. Paramètres physiques
I.2.2. Paramètres chimiques
I.2.3. Paramètres biologiques
I.3. Gestion des eaux usées
I.3.1. Le système unitaire
I.3.2. Le système séparatif
I.4. Traitement des eaux
I.4.1. Prétraitement
I.4.2. Traitement secondaire
II. SURVIE DES AGENTS PATHOGENES DANS L’ENVIRONNEMENT
II.1. Parasites
II.2. Bactéries et virus
II.3. Facteurs environnementaux de survie des agents pathogènes
DEUXIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
I. MATERIELS ET METHODES
I.1. Matériels
I.1.1. Station d’épuration
I.1.2. Présentation du système d’étude
I.1.3. Matériels et réactifs
I.2. Méthodes
I.2.1. Analyses physico-chimiques
I.2.2. Analyse parasitologique
I.2.3. Analyse bactériologique
I.2.4. Expression des résultats
II. RESULTATS
II.1. Eaux de la station expérimentale d’épuration
II.1.1. Paramètres physiques
II.1.2. Paramètres chimiques
II.1.3. Paramètres biologiques
II.1.4. Aspect de l’eau
II.2. Efficacité du délai entre la dernière irrigation et la récolte pour la réduction de la contamination des laitues
II.2.1. Examen macroscopique
II.2.2. Poids
II.2.3. Dénombrement des œufs de parasites sur les feuilles de laitue
II.2.4. Réduction d’E. coli sur les feuilles de laitue
II.3. Efficacité de la désinfection pour la réduction de la contamination des feuilles de laitue
III. DISCUSSION
III.1. Efficacité de la combinaison
III.2. Paramètres physiques
III.3. Paramètres chimiques
III.4. Efficacité du délai entre la dernière irrigation et la récolte
III.5. Efficacité de la désinfection
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ANNEXES

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