De nombreux composés sont des perturbateurs endocriniens avérés ou potentiels, dont l'impact sur l'environnement est attesté. Chez l'homme, actuellement, aucun lien de cause à effet n?a pu être formellement établi entre la présence de ces polluants et la santé. Même si l'eau potable ne constitue a priori qu'une voie mineure d'exposition à ces composés, le principe de précaution impose aux traiteurs d'eau de procéder par évaluation et gestion des risques, selon la démarche recommandée par l'Organisation Mondiale de la Santé. Dans ce cadre, les connaissances disponibles aujourd'hui sur les voies de diffusion de ces composés dans le cycle de l'eau et sur les performances d'abattement des étapes de production d'eau potable, montrent que le concept de traitement multi-barrière appliqué aux eaux de surface rend très peu probable des effets perturbateurs endocriniens liés à l'eau de boisson.
La prise de conscience de la présence dans l’environnement de substances susceptibles de provoquer des désordres hormonaux chez les êtres vivants, est déjà relativement ancienne mais s’est brusquement accélérée au début des années 1990. Aujourd’hui, de nombreux programmes de recherche y sont consacrés, en Europe, aux États-Unis ou au Japon par exemple. En France, un vaste Programme National de Recherche sur les Perturbateurs Endocriniens (PNRPE) a été lancé en 2005 sous l’égide du Ministère de l’Environnement et du Développement Durable et doté d’un budget de 1 million d’euros. Cette mobilisation générale s’explique par le grand nombre et la variété des effets observés dans le monde animal, en particulier sur la faune aquatique soumise à des pollutions d’effluents ou de rejets agricoles et industriels (féminisation de poissons, amincissement de coque d’œufs de rapaces mettant en danger l’espèce, etc.) (Bruchet 2004). Chez l’homme, les liens entre la présence de perturbateurs endocriniens dans l’environnement et d’éventuels problèmes de santé humaine sont plus sujets à controverse, notamment du fait des difficultés méthodologiques en matière d’épidémiologie et de l’impossibilité d’études in vivo. Si les autorités européennes ont admis une “association” entre les perturbateurs endocriniens et des pathologies de plus en plus fréquentes telles que “les cancers des testicules, du sein et de la prostate, la baisse du nombre de spermatozoïdes, les malformations des organes reproducteurs, les dérèglements thyroïdiens” en revanche “le rôle d’agent causal n’a pas été confirmé” (CSTEE, 1999). L’identification récente du syndrome de dysgénésie testiculaire, résultat d’une perturbation de la programmation embryonnaire et du développement des testicules pendant la vie fœtale, suggère néanmoins fortement l'effet
conjoint de facteurs environnementaux et de défauts génétiques (Skakkebaek NE, 2001).
Dans l’attente de connaissances plus nombreuses, le traiteur d’eau peut déjà adopter une démarche rationnelle de gestion et maîtrise du risque lié à ces composés, au moins qualitative. L’objet de cet article est de présenter les connaissances établies à ce jour, qui permettront cette approche : quelles substances sont en cause, représentent-elles un risque pour l’eau potable, quelle est l’efficacité de nos chaînes de traitement ?
Substances incriminées,
nature et origine
Il est impossible de publier une liste exhaustive de toutes les substances à effets perturbateurs endocriniens ; plus de 550 composés ont été identifiés comme perturbateurs endocriniens potentiels en Europe (EU 2004). On peut classer les perturbateurs connus à ce jour en deux groupes, suivant leur origine :
• Hormones naturelles comprenant les hormones œstrogènes (estradiol), la progestérone et la testostérone sécrétées par les humains et les animaux, de même que des phytoœstrogènes sécrétés par des plantes comme la luzerne ou le soja ou par le bois (génistéine, zéaralénone, béta-sitostérol).
• Substances fabriquées par l’homme comprenant (Van Tongeren M, 2002) :
– Des hormones synthétiques, parmi lesquelles on retrouve des hormones analogues aux hormones naturelles (contraceptifs oraux, hormones utilisées dans les traitements de substitution) et certains additifs alimentaires pour animaux conçus pour agir sur le système endocrinien (interdits en Europe).
– Des composés chimiques de synthèse utilisés dans l’industrie, l’agriculture (pesticides) et les biens de consommation (additifs de matières plastiques). Parmi eux :
̶ les alkylphénols et alkylphénols éthoxylés, utilisés dans les détergents non ioniques ;
̶ de nombreux composés organochlorés persistants : pesticides, PCB (polychlorobiphényles) ;
̶ les dioxines, produites indirectement par l’homme lors de la combustion de PCB ;
̶ différents additifs ou monomères de matières plastiques, tels les phtalates (plastifiants), le t-butylhydroxylanisole (antioxydant), le tributyl-étain et le bisphénol A, l’un des deux composants de base des résines époxy.
Ces quelques composés, choisis parmi des centaines de candidats potentiels, ont le mérite de définir les principales sources de perturbateurs endocriniens dans l’environnement : il s’agira des rejets de l’activité industrielle (détergents, eaux résiduaires industrielles…), de l’activité agricole (pesticides, rejets des animaux d’élevage), des rejets de l’activité humaine (eaux résiduaires urbaines et boues d’épandage). Quelle que soit leur voie d’accès à l’environnement, on conçoit aisément le risque de leur présence dans des ressources en eau pouvant être utilisées pour la potabilisation. Les distributeurs d’eau devront en outre se préoccuper de la qualité des matériaux utilisés au contact de l’eau potable (canalisations plastiques, résines époxy).
Tableau 1 : Principales familles de composés perturbateurs endocriniens, pouvoir œstrogénique relatif à celui du 17β-estradiol, gammes de concentrations mesurées en entrée de station d’épuration et en rivières (Bruchet 2004, GWRC 2003)
| Composé | Occurrence entrée STEP | Occurrence rivières |
|---|---|---|
| 17β-estradiol | qqs 10 ng/l | qqs ng/l |
| 17α-éthynilestradiol | qqs 100 ng/l | qqs ng/l |
| alkylphénols | qqs 10 µg/l | < 1 µg/l |
| phtalates (certains) | qqs 100 µg/l | < 1 µg/l |
| bisphénol A | < 1 µg/l | < 1 µg/l |
| certains PCB | < 1 ng/l | < 0,1 µg/l |
| pesticides (certains) | < 0,1 µg/l | < 1 µg/l |
Il apparaît clairement que les très faibles concentrations des œstrogènes sont compensées par leur forte activité.
Quelle approche pour
le traiteur d’eau ?
Réglementations : prévention du risque
En Europe, les perturbateurs endocriniens (en dehors des pesticides) ne font actuellement l’objet d’aucune réglementation spécifique dans l’eau potable. La seule obligation du distributeur d’eau, aujourd’hui, vis-à-vis de ces substances, est résumée dans l’article 4 de la directive européenne 98/83/CE (EU 1998), qui mentionne que « les eaux destinées à la consommation humaine sont salubres et propres si elles ne contiennent pas un nombre ou une concentration de substances constituant un danger potentiel pour la santé des personnes… ».
La question de l’introduction de limites de qualité pour les perturbateurs endocriniens, dans la réglementation européenne, a été débattue à l’occasion du séminaire organisé par la Commission Européenne (DG Environnement), en octobre 2003, en vue de la révision de la directive 98/83/CE (EU 2003). La conclusion des débats sur cette question a été de ne pas recommander l’établissement de telles limites, pour les raisons suivantes :
– Les molécules concernées sont trop nombreuses. En effet, plus de 550 composés ont été identifiés comme perturbateurs endocriniens potentiels (EU 2004).
– Les connaissances pour évaluer les effets sur l’homme sont encore insuffisantes.
– Les données sur la présence de ces substances dans l’environnement sont encore insuffisantes.
En revanche, il a été estimé lors de ce séminaire qu’une approche par évaluation et gestion des risques, basée sur les principes HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points), telle que proposée par l’Organisation Mondiale de la Santé (WHO 2004), constituait le meilleur moyen pour maîtriser le risque de contamination de l’eau potable par ces composés. Cette approche consiste à identifier les sources possibles de ces composés sur la ressource considérée, et les points critiques de la chaîne qui conduit de la ressource à l’eau traitée, afin
Tableau 2 : Gammes de performances d’élimination des différents procédés de traitement vis-à-vis des principales familles de perturbateurs endocriniens
| Type de composé | Coag./Floc. | Charbon Actif | Cristal® (CAP/UF) | O₃/Oxyd. Avancée | Cl₂/ClO₂ | UV* | NF | OI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pesticides* | < 20 % | > 90 % | > 90 % | > 90 % | 70-90 % | > 90 % | 50-90 % | > 90 % |
| Œstrogènes | < 20 % | > 90 % | > 90 % | > 90 % | > 90 % | > 90 % | 70-90 % | > 90 % |
| Produits chim. Ind.** | < 20-40 % | > 90 % | > 90 % | 40-90 % | < 20 % | > 90 % | > 90 % | > 90 % |
| Surfactants / Détergents | < 20-40 % | > 90 % | > 90 % | 40-90 % | < 20 % | 40-90 % | > 90 % | > 90 % |
CAP : Charbon Actif en Poudre – UV : Ultraviolet – NF : Nanofiltration – OI : Osmose Inverse
* Les doses UV à mettre en œuvre sont de l’ordre de 1000 à 10000 mJ/cm², soit plus de 10 à 100 fois supérieures à celles nécessaires à la désinfection.
** Les valeurs indiquées pour le charbon actif ne sont pas valables pour des pesticides polaires, très peu adsorbables (de type glyphosate, non suspecté d’être perturbateur endocrinien). Ce terme regroupe en particulier les solvants organiques, les PCB, les phtalates, le bisphénol A.
de définir les actions préventives à mettre en œuvre.
Performances des traitements employés pour l’eau potable
Connaître le devenir des composés perturbateurs endocriniens au travers des étapes de traitement d’eau potable est un élément clé dans l’approche de prévention et d’évaluation des risques sanitaires. Plusieurs études ont été menées récemment pour caractériser l’élimination de certains de ces composés par les différents types de traitement, en particulier les œstrogènes. Le tableau 2 récapitule les performances démontrées ou attendues des principaux traitements (les prédictions sont faites sur la base des structures chimiques) (Bruchet 2004, Yoon 2002).
Les données mettent en évidence comme traitements privilégiés le charbon actif, l’ozonation ou les membranes.
L’adsorption sur charbon actif est le procédé préconisé en France pour l’élimination d’un certain nombre de pesticides. Ce procédé est également efficace pour de nombreux autres perturbateurs endocriniens : nonylphénol, bisphénol A, œstrogènes. Dans le cas de l’ozonation, des études poussées ont porté sur les sous-produits formés lors de l’ozonation de l’éthinylestradiol, le contraceptif oral le plus couramment utilisé (Huber 2004). Il a été montré que l’ozonation conduit à des sous-produits sans activité œstrogénique. Pour d’autres composés, seule l’oxydation radicalaire via un couplage de type O₃/H₂O₂ (non agréée en France pour les pesticides, du fait des sous-produits générés) serait efficace : c’est le cas des pesticides organochlorés (en particulier lindane, endrin, S-triazines), des PCB, des phtalates.
Les membranes basse pression (micro ou ultrafiltration) n’ont pas d’effet sur l’élimination de ces molécules, trop petites pour être retenues. Par contre, le procédé Cristal®, couplant ultrafiltration et adsorption sur charbon actif en poudre, permet de remédier à cela pour les composés adsorbables sur charbon. Pour la nanofiltration (NF), les taux d’élimination varient non seulement en fonction des configurations membranaires adoptées (taux de conversion, nombre d’étages de membranes), mais aussi des propriétés physico-chimiques de la membrane et du composé. En général, l’élimination atteint de 70 % à plus de 90 % pour les membranes de NF, et toujours plus de 90 % pour les membranes OI.
En conclusion, les sites comportant un traitement d’affinage à base de charbon et/ou une étape d’oxydation à l’ozone et/ou un traitement par membranes d’osmose inverse constituent une bonne parade aux perturbateurs endocriniens à un niveau significatif. La protection offerte par les usines d’eaux de surface, équipées de traitement multi-barrière, apparaît donc satisfaisante. En l’absence de l’un de ces traitements d’affinage, en particulier sur une eau souterraine qui serait contaminée par des perturbateurs endocriniens et ne comporterait qu’une étape de désinfection, la question reste ouverte.
Autres sources d’exposition
Avant de conclure sur la maîtrise du risque lié aux perturbateurs endocriniens pour l’eau potable, il est important de préciser que l’exposition à ces composés peut se faire également via l’air, le sol, les sédiments, la nourriture et les produits de consommation.
Le tableau 3 compare l’exposition journalière potentielle des humains à divers types de perturbateurs (National Research Council, 1999, Günther et al., 2002, Bennetau, 2001).
Pour les humains comme pour la plupart des animaux, c’est l’alimentation qui est considérée comme la source d’exposition majeure, en particulier les produits laitiers, la viande, le poisson (les graisses animales concentrent les composés lipophiles persistants). Des nonylphénols ont été détectés aussi dans d’autres types d’aliments (tomates, pommes, beurre, chocolat, etc.) à des teneurs comprises entre 0,1 et 20 µg/kg. Pour les nourrissons, le lait maternel est probablement une source majeure d’exposition, coïncidant avec un stade critique de développement. Les aliments d’origine végétale peuvent être une source importante de phytoestrogènes : les apports journaliers en phytoestrogènes par les aliments à base de soja sont du même ordre de grandeur que les doses d’œstrogènes prescrites aux femmes ménopausées. Les quantités ingérées par les nourrissons buvant du lait maternisé à base de soja sont encore supérieures si on les rapporte à leur poids corporel.
Parmi les autres voies d’exposition, ont été citées : absorption par de jeunes enfants de phtalates contenus dans des jouets, la migration de bisphénol A au cours de la première heure suivant la pose de pansements dentaires à base d’époxy ou encore le relargage de ce même composé par des boîtes de conserve en acier ou emballages de boissons revêtus de polycarbonates.
L’exemple du DDT en Inde illustre bien la part relative de différentes voies d’exposition : l’alimentation à base de poisson constitue de loin la source majeure, devant l’inhalation et l’eau de boisson (rapport 43/2/1). L’importance relative des phytoestrogènes et des traitements hormonaux utilisés chez les femmes, par rapport à l’exposition environnementale, apparaît clairement. Les données sur le nonylphénol indiquent également que l’apport par l’eau de boisson est très inférieur, après traitement de l’eau, à celui par l’alimentation.
Enfin, la production d’œstrogènes (hormones féminines) par l’organisme dépasse de plusieurs ordres de grandeur ces valeurs : même pour un homme, elle est de l’ordre de 20 µg/jour d’estradiol, 40 µg/jour d’estrone et 20 µg/j d’estriol. La plus faible production d’estradiol est estimée pour le garçon prépubère.
Tableau 3 : Exposition potentielle des humains à divers perturbateurs endocriniens
| Source | Voie d'exposition | Exposition (µg/jour) |
|---|---|---|
| Contraceptif oral, mestranol ou ethinylestradiol | Orale | 20-50 |
| Traitement hormonal de substitution, 17 α-estradiol | Orale | 50-200 |
| Bisphénol A, boîtes de conserve | Orale | 6,3 |
| Bisphénol A, emballages de boissons | Orale | < 0,75 |
| Bisphénol A, parements dentaires | Orale | 90-931 (première heure de contact) |
| Nonylphénol, eau de rivière non traitée | Orale | 0,7 |
| Nonylphénol, Allemagne, alimentation | Orale | 7,5 |
| PCB, alimentation | Orale | 0,002 |
| DDT, alimentation | Orale | 0,01 |
| DDT, alimentation (population inuite, en Arctique) | Orale, diète riche en graisse animale | 24,2 |
| DDT, Inde, environnement | Inhalation | 0,0798 |
| Eau | 0,035 | |
| Alimentation (poisson) | 1,5 | |
| Phytostrogène, 100 g de blé à 2 ppm de zéaralénone | Orale | 200 |
| Phytostrogène (génistéine + daidzéine) dans lait maternisé de soja (prise moyenne pour un enfant de 4 mois) | Orale | 30 000 |
| Phytostrogène (génistéine + daidzéine) dans prise quotidienne de yaourt au soja | Orale | 18 000 |
pubère à 6 µg/jour.
Cette mise en perspective des différentes expositions possibles aux perturbateurs endocriniens permet de comprendre le rôle a priori très mineur de l'eau potable.
Conclusions
Si aucune relation causale n'a pu être établie formellement à ce jour pour l'homme entre l'exposition à des composés perturbateurs endocriniens et la survenue de dysfonctionnements endocriniens, néanmoins, la précaution s'impose. En effet, les connaissances sont très limitées sur les effets à long terme de multi-expositions à de faibles doses de micro-polluants. Aussi toutes les sources potentielles de tels composés doivent-elles être prises en compte dans une démarche rigoureuse d'évaluation du risque.
Il est reconnu par l'OMS que l'eau potable ne constitue a priori qu'une voie mineure d'exposition à ces composés, et il n'est pas apparu pertinent à la Commission Européenne de fixer des valeurs de concentration maximale admissible à respecter dans l'eau potable. Par contre, la nouvelle approche proposée par l'OMS pour la gestion de la qualité de l'eau potable, basée sur des principes d'évaluation et de gestion des risques, doit être appliquée à ce type de composés, au moins de façon qualitative. Cela consiste à estimer le niveau de contamination potentielle d'une ressource et identifier les traitements adaptés en vue de minimiser le risque pour le consommateur.
Les connaissances disponibles aujourd'hui montrent qu'en Europe occidentale, le risque d'une contamination significative de l'eau potable par des composés perturbateurs endocriniens paraît peu probable lorsque celle-ci est produite à partir d'eau de surface, contenant d'autres micropolluants, car les usines comportent alors des traitements multi-barrières qui permettront de les éliminer — en particulier adsorption sur charbon, membranes, oxydation. La question se posera par contre dans le cas de traitement sommaire ou de ressources victimes de pollution par des composés particuliers.
Enfin, il est important de rappeler que le traitement d'une eau ne constitue pas la seule solution pour maîtriser le risque. Une bonne gestion préventive des risques passe avant tout par la prévention de la qualité des ressources, et donc une maîtrise des pollutions à la source.
Dans cet objectif, les solutions qui permettraient de limiter l'entrée des composés d'origine synthétique dans le cycle de l'eau méritent d'être étudiées.
C'est l'objectif des réglementations européennes qui doivent être mises en œuvre, telles que la Directive Cadre sur l'Eau (2000/60/CE), qui liste 33 substances prioritaires dont l'émission doit cesser avant 2020 — 21 d'entre elles sont à effet perturbateur endocrinien — ou encore l'European Assessment Scheme, qui prend en compte l'émission de tributylétain, phtalates, bisphénol A, alkylphénols par les matériaux au contact de l'eau potable.
Références bibliographiques
- Bennetau, C. C. Nutr. Diét. 36 (1) : 25-36 (2001).
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- CSTE (1999) « Human and Wildlife Health effects of Endocrine Disrupting Chemicals, with Emphasis on Wildlife and on Ecotoxicology test methods », Opinion du Comité Scientifique sur la Toxicité, l'Ecotoxicité et l'Environnement (CSTE), http://europa.eu.int/comm/dg24/health/sc/sct/out37_en.html.
- Directive 2000/60/CE, Journal officiel des Communautés Européennes, L 327 : 1-73, 22.12.2000.
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- Günther, K., Heinke, V., Thiele, B., Kleist, E., Prast, H., Racker, T. Environmental Science and Technology, 36 : 1676-1680 (2002).
- Huber, M., Ternes T., von Gunten U. Removal of estrogenic activity and formation of oxidation products during ozonation of 17 alpha-ethinylestradiol. Environmental Science & Technology 38 : 5177-5186 (2004).
- National Research Council. Hormonally Active Substances in the Environment. National Academy Press. Washington D.C. (1999). ISBN 0309064198.
- Skakkebaek N. E., Rajpert-De Meyts E., Main K. M. Testicular dysgenesis syndrome: an increasingly common developmental disorder with environmental aspects. Hum. Reprod. 2001 May;16(5):972-8.
- Van Tongeren M., Nieuwenhuijsen M. J., Gardiner K., Armstrong B., Vrijheid M., Dolk H., Botting B. A job-exposure matrix for potential endocrine disrupting chemicals developed for a study into the association between maternal occupational exposure and hypospadias. Ann. Occup. Hyg. 2002 Jul;46(5):465-77.
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- Yoon Y., Westerhoff P., Snyder S., Song R., Levine B. A review on removal of endocrine-disrupting compounds and pharmaceuticals by drinking water treatment processes. Water Quality Technology Conference, Seattle, Nov. 2002.
