Cet article sur les oocystes de toxoplasme montre que, comme pour d'autres parasites, le traitement utilisant les UV permet une diminution très importante de leur infectiosité. La mise en place du traitement par UV est d'ailleurs une solution souvent mise en oeuvre sur les usines de production d'eau, pour diminuer le risque de survenue d'événements indésirables d'origine microbiologique. Les traitements d'ozonation ne semblent pas faire preuve d'une grande efficacité vis à vis de ce parasite.
On sait depuis longtemps que l'eau peut véhiculer des agents infectieux, mais depuis quelques dizaines d'années, les pathogènes recherchés lors de ces contaminations hydriques ne sont plus uniquement ceux d'origine bactérienne ou virale, mais également ceux de type parasitaire.
Ces parasites (Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum ou Toxoplasma gondii) sont des protozoaires microscopiques des vertébrés. Leur responsabilité a été démontrée dans d'importantes épidémies humaines d'origine hydrique à travers le monde. La première épidémie de cryptosporidiose d'origine hydrique a été répertoriée en 1984 aux États-Unis (AFSSA, 2002 ; 2005).
La découverte de ces cas de transmission par consommation d'eau a suscité un intérêt certain pour la recherche de ces parasites dans le milieu hydrique. Par la suite, des études ont montré leur résistance à certains désinfectants comme le chlore. Leur capacité à s'enkyster, sous forme d’oocyste (pour les cryptosporidies et le toxoplasme) ou de kyste (pour Giardia), ainsi que leur paroi peu perméable semblent leur conférer une grande résistance aux agents chimiques et aux variations des conditions environnementales (température, pH, …). Malgré leur incapacité à se multiplier dans l'eau, ces parasites peuvent rester viables et conserver leur potentiel infectieux pendant plusieurs mois. S'ils sont généralement éliminés lors des procédés physiques de traitement des eaux comme la floculation ou la sédimentation, ces parasites peuvent néanmoins être retrouvés dans les eaux de surface ainsi que dans les eaux traitées.
Une étude de l'OMS, datant de 2003, a classé les parasites parmi les agents pathogènes émergents. Ce classement fait suite à l'observation d'une augmentation significative de cas d’épidémies d'origine hydrique liées aux parasites à travers le monde. L'existence d'un risque d'infection par ces protozoaires se trouve confortée par l'évaluation d'une dose infectieuse minimale relativement faible (30 oocystes pour C. parvum) (AFSSA, 2002).
La recherche de ces agents pathogènes dans l'eau présente une réelle exigence de santé publique et est redevenue une priorité ces dernières années. Ces parasites retiennent en effet l’attention des grandes instances de santé publique en France et font l'objet de rapports et d'études sur leur risque sanitaire (AFSSA, 2002 et 2005 ; AESN, 2003).
Épidémies
Une épidémie de cryptosporidiose, liée à l'inefficacité d’un procédé de filtration, a touché 400 000 personnes et provoqué 69 décès en 1993 à Milwaukee (États-Unis). Cette épidémie a amorcé une réelle prise de conscience de l’émergence de ces nouveaux agents infectieux et du risque sanitaire associé à leur présence dans les eaux de consommation (tableau 1).
En France, des épidémies d'origine parasitaire sont également survenues, en septembre 2001, à Dracy-le-Fort : 480 cas de cryptosporidiose ont été diagnostiqués, suite à une contamination par des matières
Tableau 1 : Épidémies remarquables de cryptosporidiose et de toxoplasmose par consommation d’eau contaminée.
| Date | Lieu | Nombre de cas | Notes |
|---|---|---|---|
| 1984 | Texas – USA | 403 000 malades | Première épidémie d’origine hydrique – problème de filtration |
| 1993 | Milwaukee – USA | 4 400 hospitalisations, 69 décès | Débuts de la recherche spécifique des parasites dans les eaux |
| 1992 | Grande-Bretagne | 47 cas | Source d’eau souterraine |
| 1998 | Sète – France | 150 enfants | Point de captage en rivière contaminé lors d’une crue |
| 2001 | Drancy-le-Fort – France | 480 cas | Contamination du réseau de distribution |
| 1979 | Panama | 35 cas | — |
| 1995 | Victoria – Canada | 2 894-7 718 cas estimés, 100 hospitalisations, 63 formes aiguës | Contamination d’un réservoir d’eau de distribution par des chats sauvages |
| 2002 | Santa Isabella – Brésil | 290 cas | Traitement de chloration uniquement |
Fécales humaines de l’eau du réseau public. En 1998, à Sète, 150 enfants ont été victimes de cryptosporidiose dont l’origine était la contamination du point de captage par une rivière en crue. Malgré ces cas, aucune surveillance épidémiologique ni d’étude de prévalence n’ont été mises en place en France.
Si l’on remarque que les principales épidémies sont liées aux parasites des genres Cryptosporidium et Giardia, il convient de signaler les récentes épidémies liées aux oocystes de toxoplasme (tableau 1). D’autre part, des enquêtes épidémiologiques ont montré une forte prévalence de toxoplasmoses d’origine hydrique au Brésil ou en Pologne (Bahia-Oliveira et al., 2003 ; Sroka et al., 2006). Aucun cas de toxoplasmose hydrique n’a été rapporté en France.
Traitements
Les oocystes de Cryptosporidium et les kystes de Giardia sont très résistants aux procédés chimiques de désinfection, notamment au chlore et à l’ozone.
Les traitements physiques composés d’une coagulation, d’une floculation et d’une décantation n’aboutissent qu’à de faibles abattements. Les traitements plus élaborés tels que la filtration lente ou l’ultrafiltration permettent d’obtenir des abattements plus significatifs. Il apparaît clairement que, pour minimiser la possibilité de persistance des parasites, il est nécessaire de recourir, en usine, à un traitement comportant plusieurs procédés d’élimination. Ainsi, un traitement constitué d’une étape de floculation, de décantation et d’une filtration lente conduit à une réduction du nombre de parasites de l’ordre de 10 à 100 (tableau 2).
Il est à noter que l’irradiation de l’eau par rayons ultraviolets constitue également un bon moyen d’élimination de Cryptosporidium et Giardia.
Suite à ces diverses épidémies d’origine hydrique, le Royaume-Uni est le premier pays à avoir mis en place une réglementation relative aux parasites et à exiger un seuil concernant Cryptosporidium. En effet, depuis avril 2000, l’eau doit contenir au maximum un parasite pour 10 litres d’eau. En France, la réglementation est plus floue. Selon l’article 2-1 du décret 1220-2001 du 22 décembre 2001 du Code de la Santé Publique, transposition de l’article 4 de la directive européenne 98/83/CE du 3 novembre 1998, les eaux destinées à la consommation humaine « ne doivent pas contenir un nombre ou une concentration de micro-organismes, de parasites ou de toutes autres substances constituant un danger potentiel pour la santé des personnes ». Contrairement au Royaume-Uni, aucune limite de potabilité concernant Cryptosporidium ou Giardia n’est donc clairement mentionnée.
Le toxoplasme
Le toxoplasme (Toxoplasma gondii) est un protozoaire intracellulaire, agent de la toxoplasmose chez les mammifères et les oiseaux. Ce parasite entretient un cycle entre les félins (hôtes définitifs) et les autres homéothermes (hôtes intermédiaires) dont l’homme (figure 1). La forme parasitaire présente dans l’environnement est l’oocyste sporulé, qui contient deux sporocystes renfermant chacun quatre toxoplasmes potentiellement infectieux (appelés sporozoïtes) (figure 1).
La toxoplasmose est fréquente dans la population française : environ 50 % des adultes sont infectés et l’on estime que 200 000 à 300 000 nouvelles infections surviennent chaque année dont 2 700 cas chez…
Tableau 2 : Tableau récapitulatif des abattements du nombre de Cryptosporidium et de Giardia en fonction du traitement (rapport AFSSA – 2002).
| Étape de traitement | Niveau de turbidité NTU | Élimination (réduction logarithmique décimale) de Cryptosporidium et Giardia |
|---|---|---|
| Sédimentation simple | < 1 | < 0,5 |
| Filtration simple | < 0,5 | 0,5 à 1 |
| Coagulation/floculation/décantation | 2 | 0,5 |
| Décantation lamellaire | 1,5 | 0,5 à 1 |
| Coagulation sur filtre | < 0,5 | 2 |
| Décantation/lit de boue pulsée | < 1 | 1,5 à 2 |
| Décantation/floc lesté | < 1 | 1,5 à 2 |
| Coagulation/floculation/séparation/filtration | > 1 à < 2 | 2 |
| Filtration lente biologique | < 0,1 | 4 |
| Filtration terre de diatomée | < 0,1 | 4 à 5 |
| Floculation/décantation/filtration lente | < 1 à 1,5 | 1 à 5 |
| Microfiltration 0,5 µm | < 0,1 | 3 à 5 |
| Ultrafiltration | < 0,1 | 3 à 5 |
Les femmes enceintes (AFSSA, 2005). La gravité de la toxoplasmose est liée au risque de transmission materno-fœtale du parasite, avec un nombre estimé de 600 cas de toxoplasmose congénitale par an, dont 175 avec des séquelles (neurologiques, oculaires). Cette gravité est aussi liée au risque différé de réactivation d'une infection antérieurement acquise, sous l’effet d’une immunodépression. Le nombre de cas de toxoplasmoses cérébrales survenant chez les patients infectés par le VIH est estimé à environ 200 par an (AFSSA, 2005).
La contamination peut se faire par ingestion d’oocystes d'origine hydrique ou tellurique ou par consommation de viande mal cuite renfermant les kystes du parasite. L'importance de l'eau dans la transmission du parasite n’est pas connue en France, ce qui démontre l'utilité de poursuivre des recherches spécifiques sur ce parasite.
La reconnaissance de l'eau comme réservoir toxoplasmique est, comme on l’a vu, assez récente et fait suite à de nombreux cas de toxoplasmoses souvent sévères liées à la consommation d’eau insuffisamment traitée (chloration comme seul traitement) au Canada, Brésil, Inde et Pologne (voir tableau 1).
En France, une étude a détecté le toxoplasme sous forme d’ADN dans un prélèvement d'eau du robinet et neuf prélèvements d’eaux brutes souterraines ou de surface, pour un total de 139 prélèvements en région Champagne-Ardennes (Villena et al., 2004).
Étude
En région parisienne, l’eau potable est issue de ressources superficielles et souterraines. La Seine et la Marne constituent l’une des ressources principales d’alimentation en eau potable (environ 50 % pour Paris par exemple). Les eaux de surface peuvent être un vecteur de contamination parasitaire d'origine humaine ou animale. La concentration en parasites dans les rivières semble forte (jusqu’à 550 Giardia/10 l d'eau) mais varie suivant les saisons (étude du laboratoire en cours de publication).
En raison de la résistance des parasites décrite plus haut, le risque de contamination de l'eau potable produite à partir d'une eau de surface est réel, c'est pourquoi il est important de bien maîtriser les méthodes de décontamination.
Si la contamination des eaux brutes vis-à-vis des Cryptosporidium et des Giardia ainsi que les méthodes de décontamination sont de plus en plus étudiées, les oocystes de toxoplasme, eux, n'ont pas encore bénéficié de ce suivi.
Comme les autres protozoaires cités ci-dessus, l'oocyste de toxoplasme reste infectieux pendant plusieurs mois dans la plupart des conditions environnementales et après traitements physiques et chimiques (Dubey, 2004). La chloration semble peu efficace pour inactiver les oocystes mais les effets des autres procédés de désinfection physique (irradiation UV) ou chimique (ozonation) ne sont pas connus. C'est pourquoi le CRECEP, avec la collaboration Eau de Paris, a initié en 2007 une étude sur les processus d’élimination de ce parasite dans l'eau.
Résultats
Efficacité des UV
Pour vérifier l'efficacité du traitement ultraviolet, nous avons utilisé un dispositif d’irradiation constitué d'une lampe basse pression à vapeur de mercure (EWT, Marne-la-Vallée) placée à l'aplomb d'une solution d’oocystes de toxoplasme maintenue en agitation continue. L'irradiance de la lampe a été vérifiée à l'aide d’un radiomètre (CX-254, Vilber Lourmat, Marne-la-Vallée) muni d’un capteur VLX-3W (Vilber Lourmat). L'infectiosité des oocystes irradiés à des doses d’UV comprises entre 0 et 40 MJ/cm² a été évaluée in vivo (par inoculation à la souris de laboratoire) après titrage initial de la suspension d’oocystes et in vitro (par culture cellulaire).
La figure 2 synthétise les résultats des inoculations à la souris. L'infection toxoplasmique est détectée six semaines après infection par sérologie. La suspension d’oocystes de
Le départ est titré en gavant des souris avec 0, 5, 50, 500 et 5 000 oocystes sporulés (5 souris/dose). En parallèle, deux groupes de 5 souris reçoivent chacun 5 000 ou 50 000 oocystes irradiés à 40 mJ/cm².
Aucune souris inoculée avec 5 000 oocystes irradiés à 40 mJ/cm² n’est infectée et seulement 1 sur 5 l’a été après inoculation de 50 000 oocystes irradiés à 40 mJ/cm². Le nombre d’oocystes à l’origine de l’infection de cette souris a été estimé à 1,6 oocyste, soit un abattement de 4,5 log par rapport à l’inoculum initial (50 000 oocystes).
Parallèlement, une évaluation plus précise de la capacité infectieuse des sporozoïtes irradiés a été réalisée in vitro. Pour cela leur capacité à former des foyers parasitaires a été évaluée par culture cellulaire après 48 h d’incubation. Les foyers sont révélés par immunomarquage et comptage au microscope à fluorescence.
L’abattement est donné par le rapport nombre de foyers comptés après irradiation / nombre de foyers comptés avant irradiation. La représentation graphique de cet abattement (en log) en fonction de la dose d’UV est donnée par la figure 4. Des abattements de 1, 2, 3 et 4 log sont obtenus respectivement après irradiation à 7,9, 11,8, 15,3 et 17,5 mJ/cm² (Dumètre et al., 2008).
Efficacité de l’ozone
L’ozone est un gaz très instable et un oxydant très puissant utilisé pour attaquer la plupart des métaux (cuivre, fer, nickel, …) et inactiver les microorganismes. Nous avons expérimenté son efficacité sur les toxoplasmes.
Nous avons utilisé un pilote d’Eau de Paris constitué d’un ozoneur (modèle 5LO, Trailigaz, Garges-lès-Gonesse), d’une cuve dans laquelle l’eau est traitée et d’instruments servant à mesurer les concentrations en ozone (gazeux dans l’ozoneur et dissous dans la cuve).
Les expérimentations reproduisent les conditions réelles d’ozonation telles que pratiquées à l’usine de Joinville-le-Pont, c’est-à-dire sur une eau clarifiée de pH 7,7-7,8 à (20 ± 0,1 °C). Le résiduel d’ozone dissous est maintenu à 0,4-0,45 mg·l⁻¹ pendant 7-8 minutes avant injection des toxoplasmes.
Les toxoplasmes en suspension dans de l’eau distillée sont injectés dans la cuve, puis homogénéisés pendant 1 min et un échantillon est prélevé toutes les 4 min pendant 20 min. Les prélèvements sont immédiatement traités pour neutraliser l’ozone résiduel. Leur infectiosité est alors évaluée in vitro comme décrit précédemment pour les UV.
La figure 5A permet de suivre l’évolution de la concentration d’ozone résiduel dissous (C) au cours de l’ozonation (t). Une chute de la concentration est enregistrée après l’injection. Elle peut s’expliquer par une demande plus importante en ozone de la suspension qui contient des oocystes mais aussi d’autres matières organiques qui ne sont pas éliminées par les techniques de purification et qui sont oxydées par l’ozone.
La concentration d’ozone résiduel se stabilise à nouveau 7-8 minutes après injection. Il n’existe qu’une faible variation de l’inactivation de l’infectiosité des toxoplasmes de l’ordre de 0,1 log (figure 5B). Aucun abattement significatif de l’infectiosité des toxoplasmes n’est mis en évidence jusqu’à un Ct de 9,4 mg·min·l⁻¹ (Dumètre et al., 2008).
Le nombre de foyers obtenus pour les
(Ct est le produit de la concentration par le temps d’exposition)
différents Ct d’ozonation ne varie pas de façon significative par rapport au nombre de foyers obtenus pour un Ct de 0 mg·min·l⁻¹. Des essais pour des Ct de l'ordre de 25 mg·min·l⁻¹ ont montré la diminution du pouvoir infectieux des toxoplasmes. Ces concentrations sont très éloignées des conditions réelles d’ozonation utilisables. Des expériences réalisées au laboratoire ont démontré que des sporozoïtes débarrassés des parois d’oocyste et de sporocystes sont beaucoup moins résistants à l’ozone.
Conclusion
Les résultats obtenus in vivo et in vitro démontrent l'efficacité des UV à inactiver les oocystes de toxoplasme. Un abattement de l'infectiosité des parasites d’au moins 4 log est obtenu pour des doses > 17,5 mJ/cm². Cela signifie que le traitement UV (40 mJ/cm²) prévu dans les usines d’Eau de Paris permettra d'inactiver au moins 99,99 % des toxoplasmes qui pourraient être encore présents à cette étape de traitement.
L'inactivation des toxoplasmes par les UV est similaire à celle décrite pour d'autres parasites (Cryptosporidium et Giardia) (Hijnen et al. 2006). Les mécanismes d’action des UV sur les protozoaires ne sont pas encore bien identifiés, mais, comme chez les autres organismes vivants, ils agiraient sur l'ADN du parasite.
Les oocystes de toxoplasme semblent par contre assez résistants aux conditions d'ozonation telles que celles mises couramment en œuvre. Cette résistance n’est pas due à celle du sporozoïte lui-même mais semble être entraînée par les parois de l'oocyste et du sporocyste. À titre de comparaison, les cryptosporidies et les giardias sont également peu sensibles à l'ozonation, un abattement de 2 log étant obtenu pour un Ct de 5,6 mg·min·l⁻¹. Augmenter le temps ou la concentration pendant l'ozonation pourrait permettre d'inactiver les oocystes de toxoplasmes, mais ceci est peu réaliste en production, cette étape induisant alors la formation de sous-produits toxiques tels que les bromates.
Notre étude sur les oocystes de toxoplasme a montré que, comme pour d'autres parasites, le traitement utilisant les UV permet une diminution très importante de leur infectiosité. La mise en place du traitement par UV est d’ailleurs une solution souvent mise en œuvre sur les usines de production d'eau, pour diminuer le risque de survenue d'événements indésirables d'origine microbiologique liés à de mauvaises procédures de traitements.
Pour les contaminations plus en aval (réseau de distribution) ou pour le suivi des eaux brutes, un suivi des paramètres indicateurs de contamination fécale ou la recherche directe des parasites permettent d'assurer la bonne qualité de l'eau produite. Dans le cas du toxoplasme, de gros efforts restent à faire pour standardiser les méthodes actuelles de détection des oocystes dans l'eau.
