Sciences et ingénierie d’environnement

ates peut être réalisée soit par traitements biologiques : dénitrification

Hétérotrophe ou autotrophe, soit par traitements physico-chimiques : échanges d'ions, procédés membranaires.

L’objectif de notre sujet est de donner un aperçu général sur les nitrates en rappelant l'origine, les risques sanitaires, la législation, les teneurs des eaux potables et les divers remèdes.

Les différents procédés de traitement seront ensuite abordés, en insistant sur ceux actuellement utilisés en France à l'échelle industrielle : la dénitrification hétérotrophe et l'échange d'ions. Une comparaison des techniques et de leur coût sera donnée.

1. GENERALITES SUR LES NITRATES

2.1 Cycle de l’azote

La vie sur terre influence profondément la composition de l’atmosphère en produisant du dioxyde de carbone CO2 et du méthane CH4 à travers les processus de la respiration et la fermentation reliés au recyclage du carbone. La Vie a aussi influencé la composition de l’atmosphère à travers le recyclage d’un autre élément, l’azote (N).

L'azote est un élément chimique très répandu dans la nature. Il constitue 78 % de l'atmosphère.

C'est un élément essentiel de la matière vivante. Il est indispensable à la vie de l'homme, et les organismes ont besoin d’azote pour fabriquer des protéines et des acides nucléiques, mais la plupart ne peuvent utiliser la molécule N2. Ils ont besoin de ce qu’on nomme l’azote fixée dans lequel les atomes d’azote sont liés à d’autres types d’atomes comme par exemple à l’hydrogène dans l’ammoniac NH3 ou à l’oxygène dans les ions nitrates NO3-. Le cycle de l’azote est très complexe;

Les principales étapes du cycle de l'azote sont la fixation, l'assimilation, l'ammonification, la nitrification et la dénitrification (figure ci dessous).

Figure 1 : Les principales étapes du cycle de l'azote [1]

La fixation correspond au passage de l'azote atmosphérique (N2) en azote combiné sous l'action de certains organismes.

L'assimilation est la transformation de matière azotée minérale ou organique inerte en matière vivante.

L'ammonification est la libération d'ammoniac à partir de matières azotées organiques.

La nitrification est l'oxydation de l'azote ammoniacal en nitrate par l'intermédiaire de bactéries nitrifiantes.

La dénitrification est la réduction des nitrates en azote gazeux par l'intermédiaire de bactéries dénitrifiantes.

Les nitrates présentent certaines caractéristiques qui permettent de mieux comprendre révolution des teneurs dans es nappes qui sont observées ces dernières années :

* Les nitrates sont très stables et très solubles dans l'eau.

* La pénétration dans les sols est lente. La vitesse de migration serait environ de 1 m par an.

La teneur en nitrate dans les nappes est donc influencée par les variations des apports avec un retard correspondant au temps de transfert.

1.4 Nitrates et risques sanitaires

Toxicocinétique

L’absorption des nitrates par voie orale est rapide et complète, au niveau du duodénum et du grêle proximal. Leur pénétration percutanée est vraisemblablement très faible. La pénétration respiratoire en milieu professionnel est négligeable compte tenu de la non volatilité de ces substances et de la taille des poussières qu’elles génèrent ; en revanche, il existe une déglutition secondaire des poussières et microparticules inhalées. La majeure partie - 60 à 70 % - des nitrates ingérés est éliminée sous forme inchangée par voie urinaire ; le reste est excrété dans la salive, accessoirement dans la sueur. Les glandes salivaires se comportent comme une « pompe à nitrates », qu’elles accumulent par transport actif. Une faible fraction des nitrates salivaires est réduite en ions nitrites par les bactéries buccales ; l’acidité gastrique normale est défavorable aux bactéries nitroréductrices, surtout présentes dans le colon.

Les nitrates ne sont pas toxiques en eux-mêmes. C'est leur transformation en nitrites et composés nitrosés (nitrosamines et nitrosamides) qui peut provoquer des troubles caractéristiques. Un rapport de l'OMS de 1985 et de 1993 fait le point sur les risques sanitaires liés aux nitrates dans l'eau de boisson.

L'alimentation et la boisson sont les principales sources de nitrates et nitrites pour l'homme. Les légumes (carottes, épinards, betteraves, radis, courgettes, pommes de terre, ...), les aliments carnés, les charcuteries présentent des concentrations importantes en nitrates. En fait, l’eau du robinet entre pour 20 % des apports journaliers, sauf chez l’enfant où elle peut représenter jusqu’à la moitié de la dose ingérée.

L'OMS a fixé la Dose de nitrates Journalière Admissible en fonction des risques mesurés ou supposés, DJA = 3,65 mg/kg de poids corporel. La limite maximale autorisée à 50 mg de nitrates par litre dans les adductions d'eau potable a été précisée en fonction des recommandations suivantes :

* Le seuil d'ingestion de nitrates par l'homme est fixé à 3,65 mg/kg de poids corporel (dose journalière admissible), soit un seuil de 250 mg/jour pour un poids moyen de 70 kg

* La quantité moyenne de nitrates ingérée est évaluée dans une alimentation de type occidental à 175 mg/jour.

On estime la consommation quotidienne moyenne en eau à 1,5 litre, ce qui permet alors

de préciser la norme suivante : 75 mg de nitrates pour 1,5 litres d'eau soit 50 mg/l.

1.5.4 Métabolisme des nitrates chez l’homme

Les nitrates ingérés sont soit excrétés par l'organisme, soit transformés en nitrites (dans l'estomac ou dans la salive), soit absorbés .Les nitrites peuvent alors entraîner la formation de méthémoglobine ou de composés N-nitrosés.

1.5.5 Méthémoglobimie

Les nitrites résultant de la réduction des nitrates oxydent les ions ferreux de l'hémoglobine en ions ferriques. L'hémoglobine se transforme alors en méthémoglobine, incapable de céder l'oxygène aux tissus. Au-delà d'un certain taux de méthémoglobine, différents symptômes apparaissent d'une cyanose légère à des troubles de conscience pouvant évoluer vers la mort par anoxie cellulaire.

Figure 2 : devenir du nitrate dans le corps humain [2]

Les nourrissons sont plus sensibles :

* Contrairement à l'adulte, leur estomac faiblement acide contient une flore bactérienne

Capable de transformer les nitrates en nitrites

* ils présentent une déficience en enzyme transformant la méthémoglobine en hémoglobine,

* l'hémoglobine fœtale se transforme assez facilement en méthémoglobine, ils boivent, relativement à leur poids, plus d'eau que les adultes.

Des conditions de prédisposition à la méthémoglobinémie ou cyanose du nourrisson semblent exister pour les nourrissons dont la mère a consommé régulièrement des eaux à fortes teneurs en nitrates.

Dans leur majorité, les cas de méthémoglobinémie surviennent quand les taux de nitrates dans l'eau de consommation dépassent 100 mg/l.

1.5.6 nitrosamides

Dans des conditions particulières ou pathologiques (faible acidité gastrique), les nitrates peuvent se transformer en nitrites. Ces nitrites peuvent alors réagir avec des amines et des amides et former des composés N-nitrosés (CNO) comme les nitrosamines et les nitrosamides. Cependant, la possibilité de cette synthèse in vivo de molécules N-nitrosées est encore largement débattue.

► Ces composés N-nitrosés sont réputés pour être potentiellement cancérigènes.

► Chez les animaux, des intoxications aiguës peuvent se manifester (méthémoglobinémie). A un stade chronique, des troubles de la reproduction, effets endocriniens, vitaminiques... apparaissent. Les ruminants sont les plus sensibles, mais c'est davantage l'ingestion de végétaux qui est responsable.

1.5 Origine des nitrates dans les eaux

Les nitrates existent dans les eaux à l'état naturel en absence de pollution. Leur concentration, alors, n'excède en général pas 3 mg/l à 5 mg/l dans les eaux superficielles et quelques mg/l dans les eaux souterraines.

Les teneurs en nitrates