Caractérisation novatrice des nouveaux sous-produits de désinfection et risque pour la santé

Xing-Fang Li, professeur, Université de l’Alberta, 2005 - 2007
Enjeu

La désinfection de l’eau potable est essentielle pour réduire l’infection microbienne, mais les processus de désinfection peuvent mener à des réactions entre produits désinfectants (comme le chlore) et la matière organique naturellement présente dans l’eau pour former des sous-produits de désinfection (SPD) indésirables. Certains SPD sont des substances potentiellement cancérogènes (NDMA) et d’autres (SPD halogénés) peuvent entraîner des malformations congénitales. Bien que plus de 500 SPD aient été répertoriés à ce jour, les SPD qui sont précisément associés aux risques de cancer et aux effets néfastes sur la reproduction ne sont pas encore tous connus, et ces SPD peuvent ne pas avoir été identifiés dû à l’absence de techniques analytiques. En outre, certaines usines de traitement de l’eau ont procédé à des modifications ou des ajouts aux processus de désinfection du fait de la réglementation actuelle concernant les trihalométhanes (THM). Il faut s’inquiéter sérieusement à savoir si ces modifications aux processus peuvent induire la production d’autres SPD non réglementés ou non répertoriés.

 Le présent projet de recherche avait pour objectif d’élaborer de nouvelles techniques d’analyse pour déterminer des SPD préalablement inconnus, et d’analyser et comparer comment ces SPD se forment pendant différents processus de désinfection. Le projet visait également à concevoir une méthode de détection de la toxicité pour les nouveaux SPD. Les résultats du projet aideront les responsables de la réglementation provinciale et les autorités municipales exploitant les réseaux de distribution de l’eau potable pour qu’ils puissent mieux évaluer les risques potentiels pour la santé associés à des SPD précis dans l’eau potable.

Projet

L’équipe de recherche du projet a mis au point de nouvelles techniques d’analyse pour déterminer les SPD actuels et nouveaux. Ces nouvelles techniques ont permis aux chercheurs de déterminer des concentrations inférieures au nanogramme par litre pour neuf nitrosamines. La technique intégrée « nanoESI-FAIMS-Q-TOF » fournit une capacité analytique accrue permettant l’identification et la détection de nouveaux SPD dans des mélanges complexes. 

D’autres études ont abordé la caractérisation de la formation de SPD après avoir traité différentes sources d’eau à l’aide de 12 processus distincts de désinfection – ce qui englobe toutes les stratégies de désinfection couramment en usage en Amérique du Nord. L’équipe a constaté que l’eau brute ayant la concentration la plus élevée en carbone organique total (COT) et en azote global (NGL) est l’eau qui produisait le plus de SPD N-nitrosamines et en plus fortes concentrations, avec quelques variations d’une méthode à une autre. Ils ont conclu qu’il est important d’évaluer la formation de SPD potentiels au moment de choisir les méthodes de désinfection pour une source d’eau déterminée. 

Dans le cadre d’une étude sur la formation de SPD dans le liquide gastrique, les chercheurs ont étudié les réactions entre un précurseur de la diméthylamine (DMA) et diverses concentrations de produits résiduaires de désinfection et ils ont trouvé des traces de NDMA dans le liquide gastrique. 

Une quatrième étude portait sur l’élaboration d’une méthode de détection de la toxicité pour évaluer la toxicité des nouveaux SPD. Les chercheurs ont conçu une nouvelle technique de détection par réseau cellulaire microélectronique pour étudier les effets toxiques de quatre SPD nitrosamines récemment identifiées sur des cellules humaines et animales. Les résultats ont montré que les effets de certaines nitrosamines sur les cellules étaient réversibles, tandis que d’autres causaient des dommages cellulaires irréversibles. Cela met en lumière la nécessité de tests de cytotoxicité pour les SPD émergents. Le projet incluait l’évaluation du risque des effets possibles sur la santé, d’après les données d’analyse et de cytotoxicité de nitrosamines dans l’eau potable traitée provenant d’échantillons de l’Alberta et des États-Unis. 

Les résultats de ce projet de recherche appuient l’hypothèse selon laquelle il est peu probable que les THM et les acides haloacétiques (AHA) soient la cause de cancer et d’effets néfastes sur la santé observés dans les études épidémiologiques. Les études ont aussi déterminé que les SPD nitrosamines nouvellement identifiés ont une cytotoxicité plus élevée que d’autres SPD connus lorsqu’ils sont testés sur des rangées de cellules humaines provenant de vessie, de poumon et de foie.

Produits
  • Les chercheurs ont tenu des rencontres avec des organismes gouvernementaux comme les ministères de la Santé et du Bien-être et de l’Environnement de l’Alberta, Santé Canada et l’EPA des États-Unis pour discuter des résultats et des outils d’analyse et de détection de la toxicité. Les partenaires de ces organismes ont aussi rendu visite à l’équipe de recherche et ont discuté des résultats et de l’orientation future.
  • Les techniques analytiques et toxicologiques élaborées dans ce projet seront utilisées dans le cadre de la stratégie albertaine Water for Life, plus précisément pour la qualité des sources d’eau et de l’eau potable en Alberta. Les techniques analytiques sont également utilisées par d’autres chercheurs et collaborateurs/partenaires.
  • Trois chercheurs étrangers ont suivi une formation relative à ces nouvelles techniques d’analyse à l’Université de l’Alberta.
  • Les chercheurs ont présenté des exposés sur cette recherche dans plusieurs universités et instituts aux États-Unis, en Chine et au Canada.
  • Un certain nombre de projets de collaboration internationale ont été mis en place suite à ce projet.
  • Les professeurs Li et Le ont offert des conseils au ministère chinois des sciences et technologies relativement à des problèmes environnementaux concernant l’eau. 
Résultats
  • Cette recherche est venue éclairer un aspect important de la politique publique concernant la qualité et l’innocuité de l’eau potable. Les données sur la présence et la formation de nitrosamine vont contribuer à l’éventuelle révision des lignes directrices en matière d’échantillonnage des SPD par l’EPA des États-Unis, par Santé Canada et par le ministère albertain de la Santé et du Bien-être. 
  • Les méthodes d’analyse des SPD élaborées dans le cadre de ce projet ont suscité des changements dans les pratiques, notamment la technique avant-gardiste de séparation par chromatographie en phase liquide et détection par spectrométrie de masse en tandem. À l’aide de cette technique, les chercheurs ont pu identifier plusieurs composés de nitrosamine qui se formaient dans l’eau traitée. Ils ont aussi eu recours à une méthode d’évaluation de la toxicité in vitro faisant appel à la technologie cellulaire microélectronique pour les nouveaux SPD nitrosamines. Cette recherche souligne l’importance d’identifier de nouveaux SPD dans l’eau potable et la nécessité d’orienter les efforts de recherche vers les SPD les plus toxiques plutôt que vers les THM et AHA faisant déjà l’objet de réglementation. 
  • La stratégie élaborée dans le cadre de ce projet peut être appliquée à la caractérisation et à l’analyse d’autres contaminants chimiques dans l’eau potable, et cette technologie intégrée, ainsi que ses composantes individuelles, pourraient être commercialisées par de grandes entreprises d’instrumentation d’analyse.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

Xing-Fang Li, Université de l’Alberta
Steven Hrudey, Université de l’Alberta
Janusz Pawliszyn, Université de Waterloo
Robert Andrews, Université de Toronto

Partenaires

Institut des sciences biologiques, CNRC
Ministère de la Santé et du Bien-être de l’Alberta
CRC for Water Quality and Treatment
MWH Laboratories, Californie (É.-U.)
Long Beach Water Department, Californie (É.-U.)
MDS Sciex
Santé Canada
Golder Associates Ltd.
EPCOR Water Service
Ville de Camrose (usine de traitement de l’eau)

RESEARCH SUMMARY
(5-page report)

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