Pertinence de la mise en place d'une étude d'imprégnation à l'arsenic d'origine tellurique de la population

Boulanger (Hubert)

Description

RENNES Ingénieur du Génie Sanitaire Promotion 2004-2005 Pertinence de la mise en place d’une étude d’imprégnation à l’arsenic d’origine tellurique de la population lorraine Présenté par : Hubert Boulanger Structure d’accueil : DRASS de Lorraine Référent professionnel : Karine Théaudin Référent pédagogique : Bernard Junod Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005 Remerciements Pour leurs aides à tous, j’adresse mes remerciements à: • tous les membres du service santé environnement de la DRASS : Karine, pour m’avoir encadré, aidé et orienté pour ce mémoire, Annaïg, pour m’avoir encadré également pendant quelques temps, et la relecture, Jérôme, pour ton aide, tes conseils, Sylvie pour l’aide technique, Stéphany, Georgette, Philippe et Francis Je tiens aussi à vous dire à tous que l’ambiance qui règne ici a vraiment contribué à faire passer ce stage à la vitesse grand V • Donatien, Florence, Karine, Sophie et toute l’équipe de la Cire Est pour les conseils, les remarques, le temps consacré à ce mémoire, les questions qui m’ont aidé, • Bernard Junod de l’ENSP pour l’aide à distance, • Marie-Reine Schmitt de la DRASS pour l’aide technique, • Danielle Dell’Era du service statistique pour les renseignements INSEE, • Christian Mannschott de la DDASS de Meurthe-et-Moselle, Hélène Robert et Laurence Ziegler de la DDASS de Moselle, Cécile Brouillard de la DDASS des Vosges, ...

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• Langue: Français

Extrait

 

  R E N N E S

 

     

   

 

 

 

Ingénieur du Génie Sanitaire  

Promotion 2004-2005 

 

d’imprégnation à l’arsenic d’origine tellurique de la population lorraine 

    Présenté par : Hubert Boulanger   Structure d’accueil : DRASS de Lorraine   Référent professionne   l : Karine Théaudin   Référent pédagogiqu:e   Bernard Junod 

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

 

R e m e r c i e m e n t s

  Pour leurs aides à tous, j’adresse mes remerciements à: · les membres du service santé environnement de la DRASS : tous Karine, pour m’avoir encadré, aidé et orienté pour ce mémoire, Annaïg, pour m’avoir encadré également pendant quelques temps, et la relecture, Jérôme, pour ton aide, tes conseils, Sylvie pour l’aide technique, Stéphany, Georgette, Philippe et Francis Je tiens aussi à vous dire à tous que l’ambiance qui règne ici a vraiment contribué à faire passer ce stage à la vitesse grand V · Donatien, Florence, Karine, Sophie et toute l’équipe de la Cire Est pour les conseils, les remarques, le temps consacré à ce mémoire, les questions qui m’ont aidé, · Junod de l’ENSP pour l’aide à distance, Bernard · Marie-Reine Schmitt de la DRASS pour l’aide technique, · Dell’Era du service statistique pour les renseignements INSEE, Danielle · Mannschott de la DDASS de Meurthe-et-Moselle, Hélène Robert et Christian Laurence Ziegler de la DDASS de Moselle, Cécile Brouillard de la DDASS des Vosges, Céline Mahaut de la DDASS de Meuse, pour leurs contributions, · Blandine Durendeau et Michel Aguillaume du BRGM Nancy, Blandine Clozel du BRGM Lyon, · Pascal Lajugie de la DRIRE de Lorraine,   Et à tous ceux qui ont été là également : · Delphine, Claire, Sabine et Axelle Marie-Catherine, · pour ta vision éclairée, tes conseils et ta présence, Gaëlle, · Samuel · Aline et Géraut, · et Clodie Elisabeth · pour ton soutien et tes conseils si réfléchis… Aurélie, · pour ton soutien, ta présence à distance ! Châu, · pour tout Gilles

 

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

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S o m m a i r e

INTRODUCTION

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1 L’ARSENIC DANS L’ENVIRONNEMENT : GENERALITES

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1.1 Présentation de l’arsenic et de ses propriétés

1.2 Les différentes formes de l’arsenic 1.2.1 Les formes inorganiques 1.2.2 Les formes organiques

1.2.3

Toxicités des différentes formes

1.3 Sources d’arsenic dans l’environnement

1.3.1 Sources anthropiques

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1.6.3 Passage d’un compartiment à l’autre

1.6.2 Comportement dans les roches et dans les sols

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

 

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1.4.2 Dans l’eau

1.4.1 Dans les sols : Valeur de Constat d’Impact

1.4 Valeurs réglementaires

1.3.2 Sources naturelles

1.6.1 Comportement dans l’eau

1.6 Géochimie de l’arsenic et mécanismes de transfert

1.5.2 En milieu contaminé

1.4.3 Législation internationale concernant l’arsenic 1.5 Concentrations de l’arsenic dans l’environnement 1.5.1 En milieu naturel

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ARSENIC DANS LES SOLS LORRAINS

2 ETENDUE GEOGRAPHIQUE ET NIVEAU DE LA CONTAMINATION EN

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Traitement des données

Recueil et hétérogénéité des données

2.2.2

2.2.1

2.1.1 En terrains sédimentaires

2.1 Recueil des différentes données

2.2 Traitement statistique des données du BRGM sur le département des Vosges

2.1.2 En terrain granitique : cas des Vosges

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2.3 Cartes de la contamination en arsenic d’origine tellurique de la Lorraine 2.3.1 En contexte sédimentaire 2.3.2 Cas des Vosges

3 EVALUATION DES RISQUES SANITAIRES DE L’ARSENIC D’ORIGINE TELLURIQUE EN LORRAINE

3.1 Identification des dangers 3.1.1 Toxico-dynamique de l’arsenic 3.1.2 Effets de l’arsenic sur la santé

3.2 Relation doses réponses 3.2.1 Effets aigus 3.2.2 Effets chroniques

3.3 Estimation des expositions de la population lorraine à l’arsenic d’origine tellurique 3.3.1 Mise en évidence d’une population à risque pour la contamination par l’arsenic ? 3.3.2 Voie d’exposition 3.3.3 Scénarii d’exposition 3.3.4 Calcul des doses journalières d’exposition

3.4 Caractérisation du risque

3.4.1 Effets non cancérigènes 3.4.2 Effets cancérigènes 3.4.3 Discussion des résultats

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4 LES DIFFERENTS BIOMARQUEURS A L’ARSENIC ET LES RESULTATS

ESCOMPTES DANS LE CAS LORRAIN

4.1 Quels biomarqueurs sont des indicateurs de la contamination humaine par l’arsenic ? 4.1.1 L’urine 4.1.2 Les cheveux 4.1.3 Les ongles

4.2 Résultats pouvant être attendus dans le cas lorrain

5 CONCLUSION : PERTINENCE D’UNE ETUDE D’IMPREGNATION A L’ARSENIC TELLURIQUE DE LA POPULATION LORRAINE ?

 

 

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

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Liste des figures et des tableaux

 

Figure 1 : Différentes formes arséniées dans l’environnement .......................................... 10

Figure 2 : Valeurs limites de référence dans différentes législations internationales sur la

contamination des sols en arsenic (Lenoble, 2003 ; Minisitry of for the Environmnent

of New-Zealand, 1997). ................................................................................................ 12

Figure 3: Relations entre les concentrations en arsenic dans l’eau et dans les sols, mesurées dans les vallées suisses du Val Colla, du Val d’Isone, du Val Veddasca et du Malcantone (Schmitt, 2000 ; Pfeifer, 2002). ........................................................... 15

Figure 4 : Schémas de la situation du bassin de Neuves-Maisons par rapport à la couche

géologique de l’Aalénien. ............................................................................................. 18

Figure 5 : Positionnement dans l’échelle stratigraphique des terrains riches en arsenic .. 19

Figure 6: Carte des communes lorraines traversées par les terrains géologiques du

Bajocien, de l’Aalénien ou du Toarcien. ...................................................................... 22

Figure 7 : Communes vosgiennes recensées par le BRGM dont les teneurs en arsenic ont

été mesurées................................................................................................................23 

Figure 8 : Part des différents vecteurs d'exposition dans la dose journalière d'exposition

d'un enfant....................................................................................................................37 

Tableau 1 : Concentrations naturelles d'arsenic dans différents sols................................ 13 Tableau 2 : Recueil de données sur les contaminations en arsenic des sols lorrains....... 17 Tableau 3: Concentration en arsenic dans les sols des trois stations retenues dans

l’étude des polluants du bassin de Neuves-Maisons (Merlen, 2004).......................... 31

Tableau 4 : Résultats et relations entre les teneurs en arsenic des sols et dans les

légumes sur les 3 sites de l’expérience (Merlen, 2004). ............................................. 32

Tableau 5 : Estimation des apports journaliers en arsenic total fournis par l’alimentation

pour un adulte, dans différents pays (Nairaud, 2000 ; Ravault, 2004 ; INSP, 2002 ;

AFSSA, 2004)...............................................................................................................33 

Tableau 6 : Estimation des apports journaliers en arsenic total pour un enfant fournis par

l’alimentation, dans différents pays ( AFSSA, 2004). .................................................. 33 Tableau 7 : Exposition à l'arsenic des habitants de la province de l'Ontario (Gouvernement de l'Ontario, 2005)..............................................................................34 

Tableau 8 : Scénarii et paramètres humains d’exposition .................................................. 36

Tableau 9 : Dose journalière d’exposition à l’arsenic des différents scénarii..................... 37

Tableau 10 : Quotients de danger calculés pour les différents scénarii............................. 38

Tableau 11 : Excès de risques individuels suivant les différents scénarii.......................... 38

Tableau 12 : Comparaison des données environnementales et biologiques de différentes études d’imprégnation à l’arsenic. ............................................................................... 42 Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

 

  ADMA ADP AMMA ATP ATSDR BCF BRGM CIRC DDASS  DJE DRASS  IARC

INCA INERIS INSEE INSPQ  InVS LOAEL  MRL MS NOAEL OEHHA

REL RfD RIVM

SAM US EPA UVERB  VCI

   

 

L i s t e d e s s i g l e s u t i l i s é s  

Acide Diméthylarsonique Adénosine DiPhosphate Acide Monométhyarsénique Adénosine TriPhosphate Agency for Toxic Subtances and Disease Registry Bio Concentration Factor Bureau de Recherches Géologiques et Minières Centre International de Recherche sur le Cancer Direction Départementale des Affaires Sanitaires et Sociales Dose Journalière d’Exposition Direction Régionale des Affaires Sanitaires et Sociales International Agengy for Research on Cancer (équivalent du CIRC en français)  Enquête Individuelle et Nationale sur les Consommations Alimentaires Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques Institut National de la Statistique et des Études Économiques Institut National de Santé Publique du Québec Institut de Veille Sanitaire Lowest Observed Affected Effect Level Minimal Risk Level Matière Sèche Non Observed Affected Effect Level Office of Environmental Health and Hazard Assessment (Institut de Santé- Environnement et d’Études des Risques californien) Reference Exposure Level Referentiel Dose Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (Institut national hollandais pour la Santé publique et l’environnement) Société des aciers d’armature du béton United States Environmental Protection Agency Unité de Valorisation des Energies Renouvelables et de la Biomasse Valeur de Constat d’Impact

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

INTRODUCTION 

Il existe des mots dans la langue française que l’on associe sans le vouloir à une idée particulière, ou à un souvenir. C’est le cas de l’arsenic, ce mot évoque de célèbres empoisonnements… Et comme l’a souvent montré la littérature policière responsable de cette réputation, de façon légitime, l’arsenic fait peur car c’est un poison létal pour l’homme.  En terme de toxicologie, l’arsenic est effectivement un poison mais pas uniquement de façon aiguë. Une exposition chronique à l’arsenic entraîne également des conséquences graves. Et puisque la présence d’arsenic dans l’environnement peut être d’origine naturelle, il représente à ce titre un enjeu de santé publique. Dans le monde d’aujourd’hui, il existe de nombreux exemples de contamination de populations à très grande échelle par l’arsenic. C’est le cas notamment des contaminations hydriques de certaines nappes au Bangladesh, en Inde ou à Taiwan. L’impact sanitaire de ces pollutions est énorme : au Bangladesh, c’est plus de 50 millions de personnes qui sont concernées (Bertin, 2004) car les habitants n’ont pas d’autre choix que de boire l’eau polluée en arsenic. Les maladies résultantes de cette exposition chronique par voie de contamination hydrique sont des cancers, principalement de la peau. Bien souvent, la présence d’arsenic dans l’environnement est le résultat d’une activité anthropique due à d’anciennes activités industrielles ayant pollué de façon ponctuelle un site. Les études épidémiologiques à ce sujet sont nombreuses et concluent souvent à une contamination directe des enfants notamment, par ingestion de sols et poussières riches en arsenic (Polissar, 1990 ; Diaz-Barriga, 1991 ; Gebel, 1998). L’Institut National de l’environnement industriel et des Risques (INERIS) établit la Valeur de Constat d’Impact (VCI) pour l’arsenic dans les sols à 37 µg/g de matière sèche (MS). Cette valeur représente la concentration au-delà de laquelle le polluant considéré représente un danger sanitaire pour les populations exposées. Or, de façon naturelle, l’arsenic est présent dans certains sols, considérés comme non pollués historiquement. C’est ce qu’on a constaté être le cas à Viterne, commune située en Meurthe-et-Moselle et prise comme commune témoin dans une étude de contamination industrielle. Là où il ne devait pas y avoir normalement de contamination à l’arsenic, 80 % environ des concentrations trouvées sur ce site dépassaient la VCI. S’est alors posée la question de l’existence d’un bruit de fond anormalement élevé en arsenic sur ce site et dans les sols lorrains de façon plus générale. Cette existence était en fait depuis longtemps connue de façon informelle. L’objectif de ce mémoire est donc de répondre à l’ensemble des questions suivantes :   Ø trouve-t-on de l’arsenic dans les sols en Lorraine et peut on tenter d’expliciter cette Où présence ? Ø À quelle concentration l’arsenic est-il présent ? Ø Sur les bases de ces données, répondre sur la pertinence de l’imprégnation de la population lorraine par l’arsenic d’origine tellurique via une évaluation des risques sanitaires.    Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

Ces questions seront posées au fur et à mesure du déroulement du mémoire. Celui-ci présentera dans un premier temps l’arsenic et les enjeux sanitaires qu’il engendre. Dans un deuxième temps, sera examinée la contamination lorraine des sols par ce métalloïde, puis l’évaluation des risques sanitaires à l’arsenic d’origine tellurique sera menée sur la population exposée. Enfin, c’est par un avis sur la pertinence d’une étude d’imprégnation que se conclura ce mémoire.  

Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

1 L’ARSENIC DANS L’ENVIRONNEMENT : GENERALITES

1.1 Présentation de l’arsenic et de ses propriétés

L’arsenic est un élément présent naturellement dans l’environnement. C’est un élément ubiquiste, c’est-à-dire qu’on le retrouve à la fois dans l’atmosphère, les sols, les milieux aquatiques, les sédiments et les organismes vivants (Baranger, 2004). En abondance, il constitue le 20 ème  élément de la croûte terrestre. Il apparaît sous un aspect gris, assez cassant et possède des propriétés physiques communes avec ses éléments voisins du tableau périodique : l’azote, le phosphore et l’antimoine principalement. Son électronégativité est trop élevée pour lui donner des propriétés métalliques strictes : il appartient au groupe intermédiaire des métalloïdes. La chimie de l’arsenic est fondée sur les propriétés de ses nombreux oxydes et sur leur capacité à former des sels avec les cations. Cela engendre une grande variété de composés (Laperche, 2003). Grâce à ses propriétés (taille, valence, électronégativité), l’arsenic est souvent associé aux dépôts de nombreux métaux ou métalloïdes (comme l’or, le mercure, le sélénium, le platine…). C’est pourquoi il a souvent été considéré comme indicateur pour la présence d’or par exemple. C’est également un élément chalcophile, c’est-à-dire qu’il se combine facilement au soufre dans les réseaux cristallins (Baranger,2004).

1.2 Les différentes formes de l’arsenic

L’arsenic existe chimiquement sous quatre valences chimiques : -3, 0, +3 et 5 mais sa + forme élémentaire (0) est très peu rencontrée dans la nature. L’arsenic pentavalent est la forme stable rencontrée dans un environnement oxygéné (Ravault, 2004).

1.2.1 Les formes inorganiques

Les formes inorganiques sont les formes d’arsenic majoritaires que l’on rencontre dans l’environnement. L’arsenic entre dans la constitution de plus de 245 minéraux, répartis dans différentes familles. Mis à part les sulfures et les arséniures, les composés minéraux les plus courants sont les combinaisons avec l’oxygène qui existent sous deux états d’oxydation principaux : Ø des minéraux % l’arsenic pentavalent, avec les arséniates, qui représentent 60 arséniés (Baranger, 2004), Øtrivalent, avec les arsénites, qui constituent 20 % de ces minéraux arséniés.  l’arsenic

Les sulfures constituent les formes recherchées, exploitées et utilisées dans l’industrie minière. Les minéralisations primaires les plus fréquentes sont : l’arsénopyrite ou mispickel FeAsS, le réalgar AsS, l’orpiment As 2 S 3 et l’émargite Cu 3 AsS 4 . Enfin, dans les sols, l’arsenic inorganique est souvent rencontré dans des minéraux appelés secondaires comme par exemple les oxydes de fer et de manganèse. En effet, le sol contient des minéraux arséniés issus directement de l’altération de la roche mère. Leur oxydation peut aboutir à la libération d’arsenic dans le milieu naturel, suivant le pH et

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les conditions d’oxydoréduction du milieu environnant. L’arsenic est alors piégé par ces minéraux secondaires (Barbier, 2001 ; Laperche, 2003). 1.2.2 Les formes organiques

Il existe principalement deux composés arséniés méthylés que l’on peut retrouver dans les sols : l’acide monométhyarsonique (AMMA) et l’acide diméthylarsinique (ADMA). Les formes organiques sont l’association de la molécule d’arsenic à des chaînes carbonées.  Leur origine dans le sol peut être soit le résultat d’une méthylation réalisée par des micro- organismes animaux ou algaires, soit directement l’apport anthropique (Baranger, 2004). La Figure 1 illustre la répartition des principales formes arséniées organiques et inorganiques dans l’environnement. Figure 1 : Différentes formes arséniées dans l’environnement

formes organiques 4% arséniure 5% sulfure 10%

arsénite 20%

1.2.3 Toxicités des différentes formes

autres 1%

arséniate 60%

L’arsenic trivalent est plus toxique que l’arsenic pentavalent, mais également plus mobile. C’est pourquoi :

Ø milieu réducteur, l’arsenic trivalent est la forme la plus stable, il est donc en majoritaire. Sa concentration est également amplifiée par la dissolution des minéraux secondaires comme les oxyhydroxydes de fer au sein desquels est piégé l’arsenic, la toxicité augmente donc. Øl’inverse. Il y a détoxication par piégeage de l’arsenic sur les milieu oxydant, c’est  en oxyhydroxydes de fer et de manganèse, et la forme la plus stable devient la forme pentavalente, moins toxique et moins mobile : tout ceci concourt à faire diminuer la toxicité (Baranger, 2004).

1.3 Sources d’arsenic dans l’environnement

1.3.1 Sources anthropiques

Les activités humaines constituent la majorité des apports d’arsenic relâchés dans l’environnement (Laperche, 2003). Les secteurs industriels en jeu sont principalement la fonderie, la combustion du charbon, les activités d’extraction et d’exploitation de minerais. Certaines activités industrielles ont également beaucoup utilisé l'arsenic pour ses pouvoirs Hubert Boulanger - Mémoire de l’École Nationale de la Santé Publique – 2005  

de blanchiment (industrie du verre, du cuir, du papier peint), de conservation (industrie du bois) et même son pouvoir toxique (industrie pharmaceutique, chimique et agricole notamment pour la fabrication de fongicides utilisés dans les vignes et les vergers) (Laperche,2003 ; Baranger, 2004 ; Pichard, 2005).

1.3.2 Sources naturelles

C’est le volcanisme qui constitue le principal apport naturel d’arsenic dans l’environnement par voie naturelle. L’altération des roches par dissolution de dépôts minéraux contenant de l’arsenic inorganique constitue l’autre apport principal (Laperche, 2003). Géologiquement, il existe des couches qui contiennent naturellement de l’arsenic, à des concentrations importantes. L’arsenic libéré dans les nappes avoisinantes devient alors facilement repérable, ce qui permet d’identifier ces couches naturellement arséniées. En Lorraine, c’est le cas par exemple de l’aquifère du grès vosgien qui alimente notamment deux nappes : Ø nappe de la Dolomie en Dalles (concentration en arsenic de 10 à 20 µg/L), la Ønappe des Grès à Roseaux (concentration de 2 à 11 µg/L). la  L’existence naturelle d’arsenic dans cet aquifère a été expliquée par la présence à sa base d’une couche organique de lignite (bois mort fossile issu de la décomposition lente de débris végétaux) riche en arsenic. La lignite est connue pour sa richesse en arsenic (Rühling, 2003). Le fait que les deux nappes soient captives (sous pression) et que le milieu soit acide a favorisé la libération de l’arsenic dans l’eau (Hamont,1989).

1.4 Valeurs réglementaires

1.4.1 Dans les sols : Valeur de Constat d’Impact

L’INERIS a fixé la VCI à 37 µg/g de terre sèche. La VCI est calculée à partir d’une méthode de calcul itératif. La valeur retenue correspond à une concentration dans le sol du polluant telle que la dose journalière d’exposition associée à cette concentration est juste inférieure à la dose d’exposition à ne pas dépasser. Elle est calculée suivant un modèle d’exposition qui prend en compte les caractéristiques physico-chimiques du polluant et les paramètres du sol (Bonnard, 2001). Cette valeur de VCI vise à protéger les populations exposées chroniquement à l’arsenic par le sol. Cependant, étant donné que cette valeur est fondée sur l’ingestion soluble d’arsenic dans l’eau de boisson, il est très probable qu’elle surestime le risque pour une ingestion d’arsenic dans un sol, à cause d’une biodisponibilité différente.

1.4.2 Dans l’eau

La limite de qualité en France dans l’eau de boisson est fixée à 10 µg/L (Code de la Santé Publique, article R 1321-2, I de l’annexe 13-1). En revanche, les limites de qualité des eaux brutes utilisées pour la production d'eau destinée à la consommation est fixée à 100 µg/L dans la mesure où le traitement pour éliminer l'arsenic est bien connu, maîtrisé et qu’il permet de garantir une eau en sortie à10 µg/L.

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