Les polluants à éliminer

 

Les polluants à éliminer

 


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De nouveaux polluants font aujourd'hui leur apparition dans les stations d'épuration et dans les eaux en sortie de ces dernières : les molécules médicamenteuses. D'où viennent ces molécules et en quelle quantité les trouve-t-on en sortie d'hôpital ? Ce sont deux des questions que nous allons nous poser dans cette partie:

 

-1-Le rejet des molécules médicamenteuses et de leurs métabolites dans le système d'eaux usées

Lorsqu'un médicament est administré à un patient, il peut être excrété sous trois formes : une forme métabolisée non active, une forme métabolisée active ou sous forme inchangée. Le devenir des molécules médicamenteuses dépend évidemment de la classe chimique à laquelle ces principes actifs appartiennent. Ces rejets se font majoritairement via les urines ou les fèces.

Certains métabolites présentent ainsi des dangers plus importants que ceux engendrés par les molécules initiales. Ainsi, le dexorubicinol ou l’epirubicinol (métabolites de substances anticancéreuses) sont extrêmement toxiques alors que la 7-hydroxyaglycone ne l'est pas (Académie nationale de pharmacie, 2008).

De même, les taux d'excrétion après administration varient fortement tant en quantité qu'en durée de rejet. On remarque ainsi que la 5-fluorouracile (molécule anticancéreuse) est rejetée de 2 à 35 % sous forme inchangée via les urines dans les 24 heures après administration (Diasio et Harris, 1989). Après administration de 500 mg de paracétamol à un patient, Heitmeier et Blaschke ont montré que la molécule possédait de nombreux métabolites dans les urines : le paracétamol glucoronide, le sulfate de paracétamol ou le cystéinate de paracétamol. Ces molécules sont excrétées avec des taux et des vitesses différents : le paracétamol glucuronide est la molécule rejetée majoritairement, avec un taux d'excrétion maximal au bout de 3h de 2mg/min.

C'est dans ces conditions que les molécules médicamenteuses sont retrouvées aujourd'hui en entrée de station d'épuration.

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-2-Le devenir des molécules médicamenteuses dans les stations d'épuration

Le devenir des molécules médicamenteuses dans les STEP dépend à la fois de leurs propriétés physico-chimiques mais aussi des techniques d'épuration utilisées dans les stations.

Le procédé à boues activées permet d'éliminer totalement certaines molécules telles que le paracétamol (Hasprzyk et al.). Toutefois, d'autres molécules comme la carbamazépine ne sont que peu éliminées des eaux. Pour certaines, on peut aussi assister à un phénomène de concentration des molécules dans les STEP.

En outre, le devenir des médicaments dans les procédés des STEP n'est actuellement que peu connu. Certaines molécules biodégradables sont assimilées par les micro-organismes tandis que d'autres s'adsorbent sur les boues. L'épandage des boues devient alors un problème : les micro-polluants peuvent alors migrer dans les sols et contaminer les cultures.

En prenant en compte les dangers dus aux propriétés de ces molécules et leur devenir dans l'environnement, on peut donc qualifier les médicaments de "polluants émergents". C'est pourquoi il est nécessaire d'éliminer ces micro-polluants en sortie de STEP et si possible éviter de les adsorber sur des boues qui pourront être épandues.

Le fait de placer un équipement de traitement des eaux usées en sortie d'hôpital et non dans la station d'épuration permet de traiter une grande quantité de polluant avec des débits plus faibles : le gain est donc énergétique et financier.

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-3-Les molécules ciblées dans l'étude

En raison du nombre important de molécules médicamenteuses et de leurs métabolites émis par les hôpitaux, nous avons décidé de nous concentrer sur l'élimination des molécules les plus rencontrées en sortie du service de cancérologie.

Nous travaillerons sur la 5-fluorouracile, la cyclophosphamide et l'ifosfamide (figure 1).

(a) (b) (c)

Figure 1 : Molécules (a) de la 5-fluorouracile (Wikipedia Commons) , (b) de la cyclophosphamide (TrueKnowledge) et (c) de l'ifosfamide (Wikipedia Commons)

La 5-fluorouracile est la molécule la plus utilisée dans les services cancérologie actuellement. Elle a la particularité d'être facilement biodégradable. Comme décrit plus haut, la 5-fluorouracile est rejetée de 2 à 35 % sous forme inchangée via les urines dans les 24 heures. Il est donc nécessaire de connaître les différents métabolites rencontrés pour cette molécule.

La cyclophosphamide est métabolisée à plus de 80 %. Les principaux métabolites excrétés par le corps humain sont la moutarde phosphoramide (figure 2a), l'acroléine (figure 2b) et la déchloroéthylcyclophosphamide (DCCP) (C. Albasi, 2011).

(a) (b)  

Figure 2: Molécules de (a) la moutarde phosphoramide (site: http://www.biomedboue.fr) (b) l'acroléine (Wikipedia Commons)

L'ifosfamide possède quant à elle 2 énantiomères : la 2-déchloroéthylisofosfamide et la 3-déchloroéthylisofosfamide (Kaijser et al., 1997)

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-4-Les concentrations des micro-polluants en sortie d'hôpital

De nombreuses études ont été réalisées pour déterminer la concentration des médicaments en entrée des stations d'épuration. Pour nous affranchir du phénomène de dilution du réseau urbain, il est nécessaire de connaître les concentrations des micro-polluants ciblés en sortie d'hôpital, voire même en sortie de service cancérologie.

La 5-fluorouracile a été trouvée en sortie d'hôpital à une concentration de 124 µg/L (S.N. Mahnik et al, 2007), la cyclophosphamide jusqu'à 4,5 µg/L (Kümmerer, 2000 et T Steger-Hartmannet al., 1997) et l'ifosfamide a été détectée à des concentrations comprises entre 300 ng/L et 1,9 µg/L (Kümmerer, 2000).

On estime que les effluents d'hôpitaux ont une composition en métabolites de la cyclophosphamide de: 1667 ng/L en DCCP, 8883 ng/L en moutarde phosphoramide et 2250 ng/L en acroléine (C. Albasi, 2011).

L'étude des métabolites majoritaires de l'ifosfamide n'a été faite que pour des échantillons d'urine : la 2-déchloroéthylifosfamide et la 3-déchloroéthylifosfamide ont été dosées respectivement à 20,2 µg/L et 46,1 µg/L (G. P. Kaijser et al., 1997). Afin d'estimer leurs concentrations en sortie d'hôpital,  on estime que les concentrations dans les urines sont diluées par 100 par les chasses d'eau et les eaux de douche.

 

Tableau récapitulatif des concentrations des molécules à éliminer

Molécules Concentrations
5-FU 124 µg/L
Cyclophosphamide 4,5 µg/L
Ifosfamide 1,9 µg/L
DCCP 1,6 µg/L
Moutarde phosphoramide 8,9 µg/L
Acroléine 2,3 µg/L
2-déchloroéthylifosfamide 0,2 µg/L
3-déchloroéthylifosfamide 0,5 µg/L

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-5-Les concentrations à atteindre en sortie de procédé

En raison du peu d'études menées concernant la toxicité des molécules médicamenteuses dans les effluents des stations d'épuration, nous n'avons pas trouvé de préconisations précises quant aux limites à atteindre. D'autant plus que les molécules que nous ciblons n'ont apparemment jamais été étudiées du point de vue de leur impact sur l'environnement et les écosystèmes.

Toutefois, nous avons pu trouver quelques estimations au cours de nos recherches, notamment pour le paracétamol et quelques antibiotiques. A l'instar de l'Agence Européenne du Médicament (EMA) qui considère un seuil de non-dangerosité immédiate pour une PEC (Predicted Effective Concentration - concentration prédite dans l'environnement) de 10 ng/L.

Au regard du manque de données et suite à nos recherches sur le sujet, nous avons donc choisi de viser une concentration de sortie après notre filière de traitement de 10 ng/L.  Il est sûr que cette valeur sera réduite par la suite, lorsque notre effluent spécifique sera collecté au sein du réseau d'assainissement (après le traitement) puis passé en STEP. Cette limite est d'autant plus pertinente que la limite de détection pour l'ifosfamide est de 7 ng/L et pour la cyclophosphamide de 6 ng/L (Steger-Hartmann et al, 1996). 

Avec ce choix, nous considérons que le risque pour l'environnement sera extrêmement réduit, compte tenu des connaissances actuelles.

 


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