Evaluation of the parasite prevalence of sewage and sludge samples in Tunisia

ARTICLE

Auteur(s) : Layla Ben Ayed^1,2, Zoubeir Alouini, Myriem Jemli, Sonia Sabbahi

¹Laboratoire Sciences et techniques de l’eau, Institut agronomique de Tunisie (Inat), 43, avenue Charles Nicolle, 1082 Tunis- Mahrajène Tunisie
²Laboratoire de parasitologie des eaux usées et des boues résiduaires, Institut national de recherche en génie rural, eaux, et forêts (INRGREF), Rue Hédi Karray, BP n°10, Ariana 2080, Tunis, Tunisie

Article reçu le 3 Janvier 2007, accepté le 30 Août 2007

Matériel et méthode

Procédure d’échantillonnage et caractéristiques des stations d’épuration

Ces sept stations ont été sélectionnées en se basant sur les pourcentages des personnes diarrhéiques infectées par les parasitoses intestinales fournis par les études épidémiologiques locales [14] et sur la filière de traitement adoptée (lagunage, boues activées).

Un contrôle des conditions météorologiques précède chaque échantillonnage.

Le volume de 5 litres échantillonné est défini, avec le volume de 2,5 litres, comme étant le volume donnant les résultats les plus significatifs [10, 11, 15]. L’échantillonnage de larges volumes d’eau engendre l’obtention d’un important culot qui peut perturber l’observation microscopique.

Les différents types d’échantillons collectés à partir de chaque station comportent toujours un prélèvement d’eaux usées brutes et un prélèvement d’eaux usées traitées associés à un prélèvement de boues déshydratées dans la station de Chotrana, et à un prélèvement de boues sèches dans la station de Mornag.

Tableau 1 Paramètres des stations d’épuration.
Table 1 Characteristics of treatment plants.

Technique de Bailenger pour les eaux usées et les boues

Pour les échantillons de boues, après une décantation de 24 heures également, du tampon acétoacétique à pH 4,5 et de l’éther sont ajoutés dans les mêmes conditions que pour les échantillons d’eaux usées. Le culot obtenu est centrifugé à 1 000 x g pendant 10 minutes [17].

Les œufs d’helminthes (principalement Ascaris sp., Taenia sp., Enterobius vermicularis, Hymenolepis nana, Hymenolepis diminuta, Trichuris trichiura, toxocara sp.) et les kystes de protozoaires (principalement Giardia sp., Entamoeba coli, Entamoeba histolytica/dispar, Entamoeba hatmani, Endolimax nana, Cryptosporidium sp., Dientamoeba fragilis, Pseudolimax butschlii) sont recherchés dans les analyses microscopiques.

Le nombre total d’œufs et de kystes présents par litre d’eaux usées et par 100 grammes de boues est déterminé comme suit :

Où :

N : nombre total d’œufs et de kystes présents par litre d’eaux usées ou par 100 grammes de boues dans l’échantillon originel ;

X : nombre d’œufs et de kystes ;

P : volume du produit observé sous microscope (50 μL) ;

V : volume du produit final ;

S : volume de l’échantillon originel (5 litres pour les eaux usées et 100 grammes pour les boues).

Résultats

Le tableau 2 montre les abondances moyennes des formes de résistance des parasites, en kystes de protozoaires et en œufs d’helminthes dans des échantillons d’eaux usées brutes traitées et dans des échantillons de boues collectés pendant le mois de septembre, considéré en Tunisie comme saison chaude (température moyenne enregistrée 33 °C), et les mois d’octobre, novembre et décembre, considérés comme saisons froides.

D’après les données du tableau 2, on constate que concernant l’embranchement des helminthes, deux grandes classes sont observées : les nématodes représentés par les œufs d’Ascaris sp. et d’Enterobius vermicularis et les cestodes représentés par les œufs de Taenia sp. et d’Hymenolepis nana.

Parmi les protozoaires, les kystes d’amibes (Entamoeba coli, Entamoeba histolytica/dispar) et les kystes des flagellés (Giardia sp.) sont toujours dans les eaux usées.

Il est à noter également que dans tous les échantillons d’eaux usées ou de boues, il y a une dominance remarquable des kystes de protozoaires sur les œufs d’helminthes. Le nombre moyen des kystes de protozoaires à l’entrée des stations est relativement élevé et varie de 906 à 1 679 kystes/L d’eaux usées, de 8 à 23 kystes/100 g de boues déshydratées, de 8 à 16 kystes/100 g de boues sèches alors que celui des helminthes est nettement plus faible et varie entre 17 et 466 œufs/L dans les eaux usées brutes à 11 œufs/100 g de boues déshydratées et en absence totale dans les échantillons de boues sèches.

L’élimination des formes de résistance est variable et tributaire à la fois de la charge initiale trouvée et de la filière de traitement de la station. En effet, la charge parasitaire en œufs d’helminthes (17 à 466 œufs/L) chute considérablement dans les eaux usées traitées dans toutes les stations et aucun œuf n’a été décelé durant tous les mois d’échantillonnage, et ce quelle que soit la filière de traitement (tableau 3).

Pour les kystes de protozoaires, l’abattement est variable. Il est de 100 % dans les stations à boues activées de Charguia, de Grombalia (uniquement dans l’échantillon collecté au mois de novembre) et dans la station à lagunage de Mahdia, tandis que les pourcentages d’abattement pour les autres stations (Chotrana, Mornag, Grombalia au mois de décembre, Sud Méliane et Kalaat el Andalous) varient entre 82 et 96 % (tableau 3). Le pourcentage d’abattement le plus faible (72 %) a été observé au sein de la station d’épuration de Kalaat el Andalous, à partir des échantillons collectés au mois d’octobre. Il est à noter qu’au cours du mois de septembre, mois relativement chaud en Tunisie, l’élimination des kystes de protozoaires est totale alors qu’aux mois d’octobre, de novembre et de décembre, relativement froids, l’abattement est moins important : cela plaide en faveur d’une tendance accrue à l’enkystement des protozoaires durant les mois froids de l’année.

Le rendement épuratoire des différentes filières de traitement vis-à-vis des kystes de protozoaires fait du lagunage et des boues activées deux systèmes efficaces d’élimination des parasites, avec respectivement 92 et 91 % d’abattement.

Malgré le niveau d’excrétion enregistré dans les eaux usées brutes et malgré leur résistance dans l’environnement, aucun œuf d’helminthes n’a pu être détecté dans les eaux usées traitées, exception faite pour les eaux provenant de la station de Sud Méliane qui ne contenaient des œufs de Taenia sp. qu’au niveau des échantillons d’eaux usées traitées et non au niveau des eaux usées brutes. Ce résultat paradoxal peut être expliqué par une contamination au sein de la station (au niveau du prétraitement par la fixation des œufs dans un dégrilleur par exemple, ou bien par fixation au préalable au niveau du bassin d’activation, etc.). L’important abattement des œufs d’helminthes est la conséquence directe de leur importante taille et donc de leur importante vitesse de décantation relativement aux kystes de protozoaires.

Divers taux d’élimination des kystes de protozoaires et des œufs d’helminthes ont été observés selon les stations étudiées.

En effet, pour la station de Charguia, station à boues activées avec une décantation primaire, l’élimination des kystes de protozoaires et des œufs d’helminthes est totale durant tous les mois d’échantillonnage malgré des concentrations initiales assez élevées.

La station de Chotrana, à chenal d’oxydation avec une décantation primaire, a présenté un abattement de 88 % des formes infectantes de protozoaires dans l’échantillon d’eaux usées traitées collecté au cours du mois de septembre.

Le rendement d’élimination de la charge parasitaire de la station de Charguia est supérieur à celui de Chotrana, car cette dernière fonctionne en surcharge. Cependant, il est à noter que leurs rendements épuratoires sont très satisfaisants si on tient compte de la charge initiale élevée en parasites.

La station de Grombalia, station qui a le même système d’épuration que la station sus-citée, a donné deux abattements différents selon les mois d’échantillonnage. En effet, un abattement total des parasites a été observé au cours du mois de novembre et un autre de 92 % a été atteint au mois de décembre.

À partir des échantillons de Kalaat el Andalous, station à lagunage aéré, des kystes d’Entamoeba histolytica/dispar ou d’Entamoeba coli ont été détectés dans tous les échantillons d’eaux usées traitées collectés, quel que soit le mois de l’échantillonnage.

Mahdia, station à lagunage aéré également, a donné de meilleurs résultats puisqu’on assiste à une absence totale des parasites dans les échantillons d’eaux usées traitées. Cette station se caractérise également par la présence exclusive de kystes d’Endolimax nana, non détectés dans aucune autre des stations étudiées.

La station de Mornag, station compacte à boues activées avec décantation primaire, se caractérise par la présence de kystes d’Entamoeba histolytica/dispar dans les eaux usées traitées. Comme il s’agit d’une station compacte, le temps de décantation est réduit, ce qui peut vraisemblablement expliquer la présence de parasites dans les eaux usées traitées, car en principe les kystes de protozoaires nécessitent un long temps de décantation compte tenu de leur faible taille.

Enfin, à partir d’échantillons de la station de Sud Méliane à chenal d’oxydation, les kystes d’Entamoeba histolytica/dispar sont détectés dans l’échantillon collecté au mois de décembre.

La prévalence de chaque parasite a été déterminée sur la base des données du tableau 2.

• • Entamoeba coli, protozoaire non pathogène, se rencontre dans tous les échantillons d’eaux usées et de boues résiduaires de toutes les stations étudiées (100 %) et se distingue par les plus fortes concentrations (jusqu’à 856 kystes/L). Les concentrations les plus élevées obtenues ont été décelées au niveau de la station de Charguia. Entamoeba coli a été détecté une seule fois au niveau d’un échantillon d’eaux usées traitées à partir de Kalaat el Andalous au cours du mois de décembre.
• • Entamoeba histolytica/dispar, amibe pathogène, se retrouve dans 100 % des échantillons d’eaux usées brutes et de boues résiduaires, dans 46 % des échantillons d’eaux usées traitées, pourcentage relativement élevé comparé avec les autres parasites détectés. Les concentrations sont assez élevées : de 160 à 720 kystes/L d’eaux usées brutes, de 66 à 320 kystes/L d’eaux usées traitées, de 8 à 23 kystes/100 g de boues déshydratées et 8 kystes/100 g de boues sèches.
• • Giardia sp., agent responsable de la giardiase, a été rencontré dans 92 % des cas étudiés. Les kystes de Giardia sp. ont été décelés au niveau des échantillons d’eaux usées brutes et de boues mais dans aucun échantillon d’eaux usées traitées. Les concentrations des échantillons positifs sont un peu plus faibles qu’en ce qui concerne les kystes d’amibes et varient entre 120 et 653 kystes/L d’eaux usées, 8 kystes/100 g de boues déshydratées et 12 kystes/100 g de boues sèches.

L’absence de kystes de Giardia sp. dans les eaux usées traitées et leur concentration inférieure relativement à celles des autres kystes de protozoaires peuvent s’expliquer de différentes manières. La première est le bon rendement des filières de traitement et la seconde est liée aux limites de la technique de Bailenger, sachant qu’à la base cette technique est principalement adaptée pour la détection des œufs d’helminthes. Cette dernière hypothèse doit être évoquée, car d’après les données épidémiologiques relatives aux affections diarrhéiques locales, Giardia sp. est de loin le protozoaire dominant chez l’homme.

Concernant les helminthes, des œufs de nématodes et de cestodes ont été retrouvés.

• • Ascaris sp., parasite pathogène, a été retrouvé dans 11 échantillons d’eaux usées brutes avec des concentrations allant de 66 à 466 œufs/L, dans un seul échantillon de boues avec une faible concentration de l’ordre de 11 œufs/100 g de boues déshydratées, et dans aucun échantillon d’eaux usées traitées et de boues sèches.
• • Enterobius vermicularis, Taenia sp., Hymenolepis nana, tous pathogènes, ont été isolés également en plus faibles concentrations et détectés dans des échantillons d’eaux usées brutes notamment, à un moindre degré dans des échantillons de boues déshydratées, mais dans aucun échantillon de boues sèches. Les concentrations varient respectivement de 26 à 100, de 26 à 96 et finalement à 53 œufs/L.

Discussion - Conclusion

De très nombreux parasites pathogènes ont été décelés au niveau des échantillons collectés ; par conséquent, une grande vigilance doit être apportée quant à leur rejet dans l’environnement ou leur éventuelle réutilisation.

On note une prédominance constante des kystes des protozoaires par rapport aux œufs d’helminthes dans tous les échantillons collectés, ce qui est en parfait accord avec les travaux antérieurs [10-12] et avec les données épidémiologiques des enquêtes réalisées à partir des patients diarrhéiques en Tunisie même [13, 14].

Malgré des horaires de prélèvements relativement fixes, en matinée, les variations observées d’une agglomération à l’autre sont très importantes. En effet, les deux types de stations affichent des résultats différents : on trouve davantage de kystes de protozoaires et d’œufs d’helminthes à l’entrée des stations des boues activées que pour les stations à lagunage. On peut avancer une hypothèse sociogéographique : les stations à boues activées desservent soit de petites villes, soit un groupe de villages, tandis que les stations à lagunage desservent une population semi-urbaine. Cette propriété a été également observée dans les travaux de recherche de Wiandt et al. [18].

Au sein des protozoaires, la dominance et la fréquence des kystes d’Entamoeba coli et d’Entamoeba histolytica/dispar dans les eaux usées brutes pour toutes les stations étudiées durant tous les mois d’étude sont remarquables et dépassent de peu celles de Giardia sp. Cette donnée ne confirme ni les enquêtes épidémiologiques, ni les travaux de recherche antérieurs entrepris en Tunisie ou dans le monde dans ce domaine [10-14, 19].

Les kystes d’Endolimax nana ont été décelés une seule fois dans un échantillon d’eaux usées brutes provenant de la station de Mahdia, et c’est la première fois que ce parasite est détecté dans un échantillon d’eaux usées en Tunisie.

Aucun oocyste de Cryptosporidium sp. n’a été détecté avec cette technique dans aucun type d’échantillon. L’absence de détection de Cryptosporidium est vraisemblablement due à la taille et à la transparence de leurs oocystes [20]. De plus, un examen direct expose à de nombreuses erreurs, comme la difficulté de différencier entre Cryptosporidium sp. et les levures [16]. Cette absence a été aussi remarquée dans les échantillons d’eaux usées collectés à partir de stations aux Pays-Bas durant plusieurs mois de l’année, exception faite pour le mois de septembre où Medema et al. [21] ont détecté un fort pourcentage d’oocystes.

Pour les helminthes, l’ordre de fréquence peut être défini comme suit : Ascaris (42 %), Enterobius vermicularis (25 %), Taenia sp. (14 %) et Hymenolepis nana (3 %). Cela corrobore les données de Schwartzbrod et al. [22] et de Zamo et al. [23, 24].

L’absence des œufs de Trichuris sp. dans les échantillons étudiés, malgré l’aspect caractéristique en forme de citron de ce parasite, est expliquée par sa faible prévalence en Tunisie, et les études antérieures réalisées dans ce contexte à l’échelle nationale ne l’ont pas décelé non plus [10-12, 14, 25].

Il a été noté que les traitements usuels appliqués aux eaux usées et aux boues résiduaires des stations d’épuration permettent un abattement important mais non total de la charge parasitaire. Aussi, un certain nombre de micro-organismes, dont certains pathogènes, sont encore présents dans ces milieux, même après traitement : les eaux usées traitées étudiées, notamment, restent en partie souillées par les kystes de protozoaires. Il apparaît donc important de se préoccuper des impacts potentiels et des risques sur l’homme et sur les animaux liés à ces faibles teneurs en micro-organismes, sachant que ces parasites demeurent pathogènes à faibles doses [26-28].

Il est intéressant de remarquer les différences d’élimination des œufs et des kystes en fonction de la décantation primaire dans les systèmes à boues activées. Faby et Brissaud [8] ont noté un abattement de 50 à 90 % pour les œufs d’helminthes et un abattement inférieur à 50 % pour les kystes de protozoaires après une décantation primaire. Alouini [12] a rapporté un abattement de 76 % des œufs d’helminthes et un abattement de 70 % pour les kystes de protozoaires. Plus de la moitié des parasites sont éliminés au cours de cette étape avec un abattement plus important pour les œufs d’helminthes que pour les œufs des protozoaires. En revanche, dans les lagunages, les œufs et les kystes ont largement le temps de sédimenter et les rendements épuratoires sont nettement meilleurs. Des études portant sur les lagunages, ont montré des abattements variant entre 85 et 100 % aussi bien pour les œufs d’helminthes que pour les kystes de protozoaires [18, 26]. Nos données corroborent parfaitement ces résultats et les travaux de recherche réalisés par Alouini [10-12] sur des échantillons d’eaux usées et de boues résiduaires collectés à partir de stations d’épuration tunisiennes.

De plus, le facteur climatique joue un rôle primordial dans la prolifération des formes de résistance des parasites. En effet, celle-ci s’avère plus importante en saison froide qu’en saison chaude, comme cela a été décrit par Casson et al. [29] avec, comme hypothèse, le fait que les températures élevées en saison chaude favorisent la sédimentation et l’élimination des kystes dans les bassins de clarification, en raison de la moins grande densité de l’eau [18].

La technique de Bailenger est une méthode destinée à détecter principalement les œufs d’helminthes beaucoup plus que les kystes de protozoaires. La petite taille des kystes des protozoaires et leur manque de réfringence font qu’il est très difficile de les détecter dans les préparations contenant des débris et autres organismes de même taille. La solution de sulfate de zinc (33 %, dâÂÇÂ…=âÂÇÂ…1,18) utilisée au cours de ce protocole, a été jugée comme donnant de meilleurs résultats de purification comparativement aux techniques par flottaison dans une solution saturée de NaCl ou à la technique de Ritchie modifiée par Allen et Ridley ou encore à la technique d’Anderson [16]. Cette technique a donc facilité l’observation aussi bien des kystes de protozoaires que des œufs d’helminthes. De plus, cette technique simple à réaliser, rapide, permet une quantification des eaux usées et des boues résiduaires mais nécessite quelqu’un d’expérimenté pour différencier certains artefacts pouvant être confondus avec les œufs d’helminthes (un grain de pollen et un œuf d’Ascaris sp. par exemple) [30]. Par ailleurs, elle entraîne une présence accrue d’impuretés qui gênent la lecture et elle ne permet d’indiquer que la présence ou l’absence des parasites. De plus, elle ne donne aucune information sur leur viabilité et ne permet pas non plus une différenciation entre les espèces infectant l’homme et celles infectant les animaux. La discrimination entre les espèces constitue une propriété fondamentale permettant de cibler les pratiques adéquates à adapter en cas de contamination, sachant que les formes infectantes de parasites sont douées de transmission zoonotique, c’est-à-dire interespèces.

Compte tenu de ces limites, il devient impératif d’avoir recours à d’autres techniques – séparation immunomagnétique couplée à l’immunofluorescence, techniques moléculaires, par exemple – permettant une meilleure concentration des parasites et procurant également une meilleure purification, vu qu’ils sont très dispersés dans les échantillons de l’environnement [31, 32]. Elles possèdent également une large sensitivité et permettent de procéder à des analyses rapides sur plusieurs échantillons en même temps. Grâce aux techniques moléculaires et à la détermination des espèces, les sources de contamination sont donc définies, car elles sont nécessaires pour une évaluation efficace et une sélection des pratiques à adapter pour réduire la contamination et les risques éventuels [33-35].

Au terme de ce travail, nous avons pu mettre en évidence le flux des protozoaires et des helminthes dans les échantillons d’eaux usées et de boues. Les normes de rejet sont respectées concernant les œufs d’helminthes mais il n’en va pas de même pour les kystes de protozoaires. Une attention particulière doit donc être portée à la réutilisation des eaux usées, à leur rejet dans la mer ou à la valorisation agricole des boues résiduaires.

Références

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