1. Les Micro-organismes aquatiques

1. Les Micro-organismes aquatiques

La composition et l’activité des populations bactériennes sont fortement influencées par la pollution de l’environnement. Les microorganismes rencontrés dans les écosystèmes aquatiques font partie des communautés indigènes (autochtones) ou proviennent des rejets urbains et industriels, des eaux de ruissellement, ou des aérosols (allochtones). La microflore des eaux est principalement constituée de nombreux germes à savoir : Micrococcus, Achromobacter, Acinetobacter, Alcaligenes, Moraxella, Flavobacterium, Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas, Agrobacterium, Bacillus, Corynebacterium, Actinomyces, Mycobacterium, Aerococcus, Citrobacter, Arthrobacter et Mycobacterium (06). Cette microflore se divise en deux groupes :

1.1. Micro-organismes autochtones

Ils constituent la flore naturelle de l’eau. Ils croissent et contribuent au chargement de la communauté, et dégradent les polluants en substances inoffensives (07). Ils sont à la base de tout traitement d’épuration biologique, comme le cas des Pseudomonas, qui peuvent utiliser comme sources d’énergie le carbone et une très grande variété des composés organiques naturels (08, 09).

1.2. Micro-organismes allochtones

D’origine tellurique ou animale, ils sont véhiculés vers les écosystèmes aquatiques. Et Ils y survivent et dans certains cas ils peuvent se multiplier pour des périodes limitées (10, 11).

A l’exemple d’Escherichia coli, qui peut survivre dans les eaux de rivières pendant plusieurs mois sans addition d’aucune source de carbone (12).

2. Microflore des eaux usées

Les eaux usées d’origine domestique sont constituées principalement des excréments humains et des eaux de lavage (vaisselle, toilette…), celles des eaux industrielles comprennent des composés organiques ou minéraux, selon la nature du produit fabriqué (matière en suspension, produit toxiques, substances fermentescibles). Les eaux usées contiennent d’énormes quantités de microorganismes, qui représentent un danger potentiel lorsque ces eaux sont utilisées pour préparer une eau d’alimentation (13). Cette flore est constituée de bactéries fécales : E.coli, Klebsiella, Pneumoniae, K. Oxytoca, Enterobacter Aérogènes, ainsi que Les Citrobacter freundii, Streptocoque faecalis et Streptocoque faecium. Les Aeromonas, d’origine non fécale colonisent les milieux à des taux de 10⁵ et 10⁶ par ml (14, 05).

De point de vue épidémiologique les plus importants sont les micro-organismes pathogènes. Et en premier lieu les bactéries d’origine entérique telle que : Salmonella, Shigella, E.coli. Yersinia, et en lieu des bactéries d’origine cutanéo-muqueuse tel que Staphylococcus, Pseudomonas aeruginosa.

Dans la microflore des eaux usées, on rencontre :

Des virus de l’hépatite, de poliomyélite, des virus Coscackie, des virus Echo et des Roto virus.

Des levures, dont la plus représentative est Condida-albicans et en fin les protozoaires, comme les amibes, Giardia et des Helminthes, et des parasites tels que les Axaris trichocéphales (15).

Cette inversion du rapport est une sélection, puis une colonisation rapide de Coliformes psychrotrofiques, qui sont avantagés par la température de l’eau. Les anaérobies strictes, beaucoup plus nombreux dans les fèces, sont isolés dans les eaux usées brutes à des taux 10⁴ à 10⁵ /ml.

Les Bactéroides sont également prédominants dans la microflore des eaux usées tels que : B. fragilis, B. ovatus…etc.

Dans ce milieu, les Bifidobacteruim et Lactobacillus sont aussi fortement représentés.

Les Aeromonas, d’origine non fécale, colonisent ce milieu à des taux de 10⁵ à 10⁶ /ml (16).

3. Les microorganismes indicateurs de la pollution

Dans le domaine de l’hygiène, les analyses bactériologiques les plus fréquemment utilisées concernent non pas des microorganismes pathogènes, mais des germes, qui sont le plus souvent des bactéries qui et jouent un rôle d’indicateurs sans que leur présence constitue un risque en soi même, pour la santé de l’utilisateur de l’eau. Et c’est dans ce domaine, que la qualité et l’hygiène bactériologique d’une eau sont particulièrement importantes.

3.1. Les bactéries indicatrices de pollution

Les indicateurs de pollution permettent d’apprécier avec plus ou moins ou de précocité le risque d’une contamination éventuelle par les microorganismes pathogènes. Les indicateurs d’efficacité de traitement permettent d’évaluer la qualité d’un traitement vis-à- vis d’un microorganisme, ou de plusieurs microorganismes pathogènes dont la présence peut être redoutée dans l’eau brute utilisée. Nous groupons pour ce type de bactéries l’ensemble des bactéries Révivifiable En culture aérobies, des Coliformes, Coliformes fécaux, E. coli, des Streptocoques fécaux, des bactéries sporulées sulfito- réductrices (04).

3.1.1. Les Coliformes

Dans les termes de Coliformes est regroupe un certain nombre d’espèces bactériennes appartenant en fait à la famille des Enterobacteriaceae et dans la caractéristique classique, est la fermentation de lactose avec production de gaz. Les normes européennes applicables pour l’eau de boisson (17), les définissaient ainsi : le groupe Coliformes comprend tous bacilles en bâtonnets gram négatif, non sporulés qui font fermenter à 37C° et en moins de 24 heures le lactose avec production d’acide et de gaz. La deuxième édition de ces normes européennes (1971) et la troisième édition des normes internationales pour l’eau de

boisson (1972) ont repris ces définitions en portant cependant le délai de production de gaz à 48 heures. Il s’agit donc d’une définition adaptée par l’organisation internationale de normalisation (18).

Le terme Coliforme correspond à des organismes en bâtonnet, non sporogones, à coloration gram-négatif aérobies ou facultativement anaérobies, capable de croître en sels biliaires ou d’autres milieux. Ils sont capables de fermenter le lactose avec production d’acide et d’aldéhyde en 48heures, à des températures de 35 à 37C°. Coliformes fécaux sont des entérobactéries ayant la capacité de fermenter le lactose avec production d’acide et gaz à 44C°. La bactérie la plus représentative de ce groupe et qui est considérée comme indice très sûr d’une contamination fécale est Escherichia coli qui en plus, produit de l’indole à la même température (05).

3.1.2. Streptocoque fécaux

Ce sont des Cocci gram positif. On les appelle aussi Streptocoque du groupe D sur la base de la classification de lance Fiel. Ces groupes sont pris globalement comme témoin de pollution fécale (19, 20), considèrent que, certains Streptocoques (Streptococcus faecalis et liquifaciens) sont Ubiquitaires, et ne constituent pas un très bon témoin de pollution. Il n’empêche pas, que les directives de l’O.M.S proposent ce genre bactérien comme témoin fécal qui résiste mieux que les entérobactéries. C’est pour cela qu’ils sont considérés comme d’excellents indicateurs de pollution. Leur utilisation comme indicateur d’efficacité de traitement est moins généralisée, que celle des Coliformes. Un des caractères communs à toutes les espèces de ce groupe, est une très forte résistance, notamment à certains inhibiteurs bactériens. Parmi ceux-ci l’acide de sodium, relativement bien toléré les Streptocoques fécaux, sont fortement inhibiteurs de croissance pour les entérobactéries. Ils entrent dans la composition de presque tous les milieux sélectifs.

Les Streptocoques sont recherchés systématiquement dans les eaux non traitées. Les espèces classées type D sont :

- Streptococcus faecalis Var liquifaciens et zymogènes.

- Streptococcus faecium.

- Streptococcus durans.

- Streptococcus bovis.

- Streptococcus equinus.

3.1.3. Clostridium sulfito-réducteurs

Sont des Bacilles sporulés anaérobies à gram-positif, possédant une enzyme, qui réduit les sulfites en sulfates. Leur recherche est une indication de pollution fécale ancienne ou souillure tellurique, ce qui conduit à leur non spécificité fécale, donc leur présence n’est pas toujours d’origine fécale. Il faut chercher leur présence, le plus souvent, dans l’intestin de l’animal ou l’homme (21.22).

3.2. Microorganismes contaminants l’homme par voie orale

Cette catégories de microorganismes englobe les germes les plus redoutables pour l’homme et notamment toutes les bactéries qui ont été à l’origine des grandes épidémies.

Seuls sont décrits, les germes qui jouent un rôle non négligeables (Salmonella ou Shigella), dont le rôle parait important (Yersinia, Campylobacter, Legionella). L’action pathogène de cette catégorie de germe se manifeste essentiellement à la suite d’infection par voie orale, les salmonelles majeures. Ils sont responsables de la fièvre typhoïde et para typhoïde. Les salmonelles mineures sont responsable des toxi-infections alimentaires, des gastroentérites et septicémies. Les vibrions cholériques sont responsables du choléra.

3.3. Microorganisme contaminants l'homme par voie cutanée

Une infection bactérienne cutanée est un état infectieux de la peau suite à des bactéries. La plus fréquente infection cutanée causée par une bactérie est l’érysipèle, due à un Streptocoques, ou Staphylocoque ayant pénétré dans l'organisme par voie cutanée ou orale.

La plupart des infections de la peau est causée par deux types de bactéries, le Staphylococcus aureus et quelques espèces de Streptocoques. Ces bactéries sont parfois naturellement présentes sur la peau mais peuvent également s'y trouver suite à une contamination.

Les caractéristiques d'une inflammation sont la chaleur, la rougeur et le gonflement.

Nous distinguons deux types d'infections cutanées :

- L'infection primaire : dans laquelle la peau n'est pas abimée mais elle s'infecte quand même. L'infection d'un follicule en est un exemple.

- L'infection secondaire : dans laquelle la peau est déjà abimée par une lésion de la peau.

Quand, la peau est abimée, celle-ci s'infecte plus rapidement en présence de bacteries.

L'infection est donc la conséquence d'une lésion de la peau, l’eczéma en est un exemple.

1. Nature et importance de la pollution des eaux

Au cours des années, la pollution des eaux, tant continentales qu’océaniques, s’est accrue à un rythme inquiétant. Les progrès de cette pollution reflètent fidèlement ceux de la croissance industrielle. Actuellement, la pollution organique des eaux de surface atteint des niveaux très considérables, tout autant dans les pays industrialisés que dans le tiers monde.

Dans ce cas de figure, prenons un exemple bien de chez nous, il s’agit d’Oued Mellah dans la wilaya de Djelfa, qu’il y a plus d’une trentaine d’années, était une source d’eau limpide et propre à la consommation dans laques, il constituait une importante source d’approvisionnement en eau potable et en eau d’irrigation mieux, en un site de détente et de méditation pour tous ceux qui savaient en profiter.

Cependant, il en est autrement aujourd’hui, les rejets industriels et urbains s’élèvent chaque jour un peu plus, faisant de l’Oued un égout à ciel ouvert et ses eaux sont tellement boueuses qu’elles donnent l’impression d’être stagnantes. Et par conséquence, le pouvoir auto épurateur de cette rivière est de plus en plus faible ce qui augmente sans doute le taux de pollution des eaux souterraines qui sont elles aussi affectées. Cette pollution qui s’y trouve est d’origine, agricole, domestique, urbaine ou encore industrielle (microorganismes pathogènes, hydrocarbures, solvants organochlorés…).

Le rôle des engrais chimiques est aujourd’hui bien identifié dans le cas de la contamination des nappes phréatiques. La teneur en sulfates et en chlorures des eaux souterraines s’observe également depuis quelques années dans les pays industrialisés. De plus, la pollution des nappes phréatiques est aggravée par la lente percolation, dans celle-ci de nombreux contaminants provenant des décharges industrielles (23).

La pollution des eaux, résultat d’un processus exerçant ces effets à long terme, doit être détectée à un stade précoce. Compte tenu de la lenteur du renouvellement de leurs eaux, il faudra en effet des siècles voire des millénaires pour que l’auto épuration élimine la pollution de nappes phréatiques devenues ainsi impropres à la consommation (24).

2. Origine de la pollution

2.1. La pollution biologique des eaux

Les origines de la pollution des eaux sont multiples : industries, agriculture, vie domestique, vie biologique (25). L’immense majorité des substances polluantes, qu’elles soient gazeuses liquides ou solides sont susceptibles de contaminer l’hydrosphère.

L’étendue de la contamination est directement liée à leur degré de solubilité. Cependant, l’expérience révèle que des substances aussi peu solubles dans l’eau que les hydrocarbonés liquides, les insecticides organochlorés peuvent s’insérer dans les biocénoses lémaniques ou marines et y causer de multiples souches.

La pollution biologique résulte d’une grande variété de substances toxiques. Celles-ci peuvent être d’origines diverses. Effluents urbains ou industriels renfermant des détritus ménagers, des matières fécales, des lessives de sucreries, de papeterie …etc. Elle se traduit

par une forte contamination bactériologique des modifications de biocénose par introduction intempestive d’espèces végétales et animales, et soulève dans bien des cas de redoutables problèmes d’hygiène publique qui ne sont pas limités aux seuls pays du tiers monde.

L’extension incessante de la pollution microbiologique des eaux continentales et littorales à pour conséquence une plus grande intensité d’infection tels que les Colibacilloses ou les hépatites virale (03). On observe une très grande variété de formes bactérienne dans des eaux polluées, certaines espèces dégradent la cellulose, l’amidon, les lipides et protéines d’autres utilisent les produits de décomposition de ces substance.

D’autre espèces de bactéries anaérobies vivent dans les eaux sans oxygène et produisent, du méthane à partir de la dégradation d’hydrocarbures. Dans les milieux pauvres en oxygène ou dépourvus de celui-ci, des Sulfobacteriales comme Desulfovibrio de Sulphuricans, qui réduisent les sulfates en sulfures et produisent l’hydrogène sulfuré qui est un produit toxique, confèrent aux sédiments une couleur noirâtre. Ces bactéries permettent la formation de sulfure ferreux noir par création du fer avec l’hydrogène sulfure. D’autres bactéries anaérobies ammonifiantes métabolisent les composés azotés et dégradent l’ammoniaque, (03).

2.1.1. Les matières organiques

Les composés organiques proviennent d’une part, de la décomposition des plantes et des animaux et d’autre part, de l’activité humaine sous toutes ses formes. La matière organique des eaux est constituée principalement de substances naturelles (protéines lignines, carbohydrates…) (26), considère que, les composés organiques d’origines anthropogéniques comprennent une grande variété de familles chimiques (solvants chlorés, hydrocarbures, polycycliques aromatiques, pesticides…).

2.2. La pollution chimique des eaux

La contamination de notre environnement et en particulier des eaux par les polluantes chimiques et la dispersion des produits toxiques de nature minérale ou organique déversés chaque jour dans nos Oueds constituent l’un des faits les plus graves de notre civilisation.

L’homme peut en être victime indirecte ou directe si de tels produits parviennent jusque dans nos nappes d’eau d’alimentation (27).

2.2.1 Nitrates et phosphates

Le problème de la pollution des eaux par les nitrates et les phosphates, utilises comme engrais chimique en agriculture est très préoccupante de nos jours. En effet (28), a mis en évidence une forte corrélation entre l’augmentation de la consommation des nitrates par la céréaliculture. (03), estime au début des années 80 que, les substances de combustion introduisent dans la biosphère quelques 24 million de tonne par an d’azote nitrique la quantité de phosphore minérale rejetée par les effluents urbains est comprise entre 0,75 et 2 Kg par Habitant et par ans.

2.2.2. Les métaux lords - Le Mercure

La pollution de l’hydrosphère par le mercure mérite une mention particulière à cause de l’importance de l’usage de ce métal et de la haute toxicité de ce dernier.

La production mondiale de mercure dépassait 6000 tonnes par an au début des années 80. A cela, il faut ajouter qu’environ 4000 tonnes de ce métal sont rejetés chaque année dans l’atmosphère par suite de l’utilisation des combustibles fossiles. On estime que près de 20% sont recyclés dans l’industrie, le reste est répandu dans l’environnement (03). A titre d’exemple, en matière de contamination il convient de rappeler qu’une quantité très importante de ce métal hautement toxique, se trouve jusqu'à nos jours dans les profondeurs du port d’Alger (29).

- Le Plomb

Le plomb est utilisé comme adjuvant dans les moteurs d’automobiles, ce qui provoque la contamination globale de l’hydrosphère. Le plomb est un élément qui existe naturellement dans l’écorce terrestre ou sa concentration moyenne est de 10 parties par million (30).

Pendant longtemps, l’ajout de plomb dans l’essence a été la principale source de contamination environnementale (31). L’expérience confirme pourtant ce fait. On estime à 37000 tonnes, l’apport annuel de plomb à l’océan(32). Ont montré que la concentration moyenne en plomb des eaux de l’atlantique nord s’est élevée de 0,01 à 0,07 mg/l pendant la période 1920-1965 à la suite de l’usage du plomb en Amérique (33).

- Le Cadmium

Le Cadmium est un métal lourd largement utilisé dans l’industrie, dans différents domaine, tels que la protection contre la corrosion et la fabrication du plastique. A cause de cette utilisation excessive du Cadmium dans l’industrie et les déchets qui en résultent, ce métal est devenu parmi les plus grands polluants de notre environnement (34).

La pollution de l’eau par le Cadmium est probablement le plus grand problème car il provient des plusieurs sources : industries chimiques, huiles de moteur ainsi que des pneus en caoutchouc (35).

- Le Zinc

La concentration naturelle en zinc dans le croûte terrestre varie entre 10 et 300mg / kg. Les éruptions volcaniques, les incendies de forêt et la formation des aérosols du dessus des océans contribuent également au transport naturel du zinc. Ces processus influence le cycle du zinc dans l’environnement et entraînent la présence de concentration naturelle dans l’air, les eaux de surface et les sols (36).

Le zinc est un élément essentiel pour toute forme de vie, depuis le plus petit microorganisme jusqu'à l’être humain (37). Le zinc, utilisé dans les procédés de revêtement

de l’acier, assure la protection contre la corrosion la plus économique et la plus respectueuse de l’environnement qui soit. Il est également utilisé dans la fabrication des laitons et autre alliages, les équipements automobiles, les pneumatiques et tous produits à base de caoutchouc et dans les engrais (38).

2.3 Polluants organiques - Les pesticides

Les pesticides sont des substances chimiques minérales ou organiques de synthèse utilisés contre les ravageurs des cultures. Parmi ces substances, citons les herbicides, les fongicides, et les insecticides. L’emploi de ces produits constitue une importante source de contamination des eaux. Quelques pesticides sont des poisons violents mais instables. Ils causent de sérieux dommages dans une zone donnée, mais ils n’occasionnent pas de pollution à long terme. D’autres sont moins violents, et beaucoup plus persistants, et leurs effets écologiques sont de longue durée. Ils peuvent exercer leurs méfaits loin de l’endroit où on les a utilisées. C’est ainsi qu’on en voit réapparaître là où on les attend le moins(39).

- Leshydrocarbures

Les hydrocarbures sont les polluants les plus remarqués l’échouage du Torrey canyon sur les côtes de Cornouailles, le 18 mars 1967, leur donna une grande publicité : plus de la moitié d’un chargement de 120 000 tonnes fut répandu dans la mer. Les causes de la pollution par les hydrocarbures sont accidentelles (rejet de eaux de nettoyage de soutes de pétrole lors du gazage).

- Les Détergents

Les détersifs synthétiques se sont répandus dans les usages domestiques à partir de 1960, il est probable que la consommation de détergents soit de 400 000 à 800 000 tonnes par an.

La présence de substances tensio-actives dans les eaux a des origines diverse agricole, urbaine et à l’utilisation ménagère des détergents (parfum, agent, blanchissant, persulfates) (40).

- Les polychlorobiphényles (PCB)

Les PCB sont très utilisés dans l’industrie des matières plastiques, comme martiaux d’imprégnation et d’isolement et de câblage électrique. Ils sont aussi utilisés comme adjuvant des huiles dans l’industrie métallurgique, etc. ils sont dispersés dans la biosphère avec les détritus renfermant des matières plastiques et surtout lors des combustions incomplètes de ces derniers sur les décharges d’ordures ou dans les incinérations.

3. Composition des eaux usées

D’une manière générale, l’eau usée est constituée de matières polluantes minérales et organiques naturelles ou de synthèse.

3.1. Les matières polluantes minérales

Elles englobent essentiellement des métaux lourds provenant des industries métalliques de galvanoplastique…etc. Elles renferment des éléments comme le cyanure, le mercure, le plomb, le zinc, le cuivre, le cadmium, le fer. La performance d’une station d’épuration biologique dépend de la concentration en ces éléments.

3.2. Les matières polluantes organiques

La pollution organique constituée souvent la fraction la plus importante. Elle résulte de diverses activités urbaines, industrielles, artisanales et rurales. On distingue, pour les eaux usées urbaines, les matières organiques banales (protides, lipides, glucides, des détergents, les huiles et les goudrons. Les autres substances organiques proviennent de l’industrie telle que les phénols, les composés azotés, les esters, etc…

3.3. Les matières polluantes micro biologiques

Les eaux usées contiennent une multitude d’organismes vivants apportés par les excréments d’origine humaine ou animales ; elles constituent un bouillon de culture. Cette pollution est responsable de maladies hydriques.

4. Paramètres physico-chimiques de la pollution

Les paramètres spécifiques permettant d’évaluer le degré de pollution des eaux usées sont : - La Température

Il s’agit du principal paramètre physique, qui peut influencer l’activité biologique. La solubilité des gaz et des sels. A une température élevée, la solubilité d’un gaz diminue (04).

- La turbidité

Elle est caractérisée par l’opalescence d’une eau et se mesure à l’aide d’un

« turbidimètre ». Sa valeur est exprimée en degré silice ou en NTU néphélométrie turbidité unit (41).

- Le pH

Il indique la concentration en ions H3O⁺ présent dans l’eau, le pH joue un rôle primordial à plusieurs niveaux :

- Dans les propriétés physico-chimiques (acidité, basicité, agressivité)

- Dans les processus biologiques. Certains micro-organismes exigent des limites très étroites de pH, dans l’efficacité de certains procédés de traitement, les micro- organismes tolèrent une gamme de pH relativement réduite. (41).

- La conductivité

La mesure de la conductivité donne une idée sur la salinité de l’eau. Son augmentation et proportionnelle à la température plus le taux de salinité augmente, plus celui de l’oxygène diminue (41).

- Les nutriments

On rassemble sous ce nom les éléments chimiques tels que l’azote et le phosphore responsables de l’eutrophisation aquatique. La connaissance des quantités de nutriments dans les eaux usées est donc indispensable pour contrôler leur rejet dans les milieux récepteurs. D’autres parts, l’azote et le phosphore sont des éléments (constituants) essentiels de la matière vivante et leur présence est indispensable pour assurer le traitement biologique des effluents urbains et industriels biodégradables pour assurer un développement normal de micro-organismes (41).

- Les matières en suspension

La plus part des eaux résiduaires sont chargées de :

Matières en suspension MES : il s’agit de matières qui ne soient ni solubilisées, ni colloïdales. Elles comportent des matières organiques et des matières minérales. Toutes les matières en suspension ne sont pas décantables. Des teneurs élevées de M.E.S peuvent empêcher la pénétration de la lumière, diminuer l’oxygène dissous et par conséquent toute vie microbiologique.

- Les matières volatiles en suspension

Elles représentent la fraction organique et sont mesurées par calcination à 650C° d’un échantillon dont on connaît déjà la teneur en M.E.S. elles constituent environ 70 à 80% des M.E.S.

- Les matières minérales

C’est la différence entre les matières volatiles. Elles représentent donc le résidu de la calcination et correspondent déjà à la présence de sels de silice, poussières par exemple.

- Les matières décantables et non décantables

Les matières non décantables sont celles qui restent dans le surnageant et qui vont donc être dirigée vers le procédé de traitement biologique ou chimique.

- DBO

C’est une mesure du carbone organique biodégradable et dans certaines conditions, des formes azotées réduites contenues dans l’eau usées.

- DCO

C’est une mesure du carbone organiques total a l’exception de certaines composes aromatiques, tels que le benzène, qui ne sont pas complètement oxydés dans les conditions de l’essai.

- COT

Elle permet la mesure de la totalité du carbone après sa transformation en CO2. Il est donc nécessaire d’éliminer les formes minérales (CO2, HCo3, …) avant l’analyse ou de corriger par calcul le résultat analytique.

- DTO

Elle mesure à la fois le carbone organique et les formes réduites de l’azote et du soufre(42).

- L’oxygène dissous

C’est le premier paramètre qui caractérise le degré de pollution d’un cours d’eau, il est nécessaire pour la vie aquatique car il maintient le processus métabolique qui assure la production de l’énergie nécessaire pour la vie des organismes vivants dans l’eau. Sa concentration dans l’eau varie avec la température à 20 C° et 760 mm hg et sa concentration de saturation est de 9,2 mg/l (41).

1. Définition de l'autoépuration

Les bactéries sont les éléments clefs du cycle biologique normal des eaux douces. Ce sont elles en effet qui vont débarrasser le milieu des matières organiques en solution qu’ils contiennent. Le résultat est une augmentation considérable de la masse microbienne qui devient alors la proie des protozoaires prédateurs.

Les eaux de surface assurent en outre le développement des algues qui se multiplient par photosynthèse, et grâce aux sels minéraux de l'eau, servent d'alimentation pour des protozoaires ou des poissons (43). Il en résulte un équilibre biologique naturel. Cette capacité auto épuratrice à des limites, elle est efficace dans la mesure où la charge de pollution ne devient pas excessive. Elle dépend étroitement du métabolisme des microorganismes présents dans le milieu. Les capacités de décomposition de la matière organique par les microorganismes peuvent être dépassées par des volumes énormes de rejets, la pollution s'installe donc. Le taux d'oxygène dissous est conditionné par deux types de facteurs : la consommation d'oxygène exigée par les microorganismes pour transformer les matières organiques polluantes et la réabsorption d'oxygène à la surface du cours d’eau (43, 44).

2. Mécanisme de l'autoépuration

Le principe consiste dans la fermentation ou l'oxydation des matières organiques par des microorganismes, en milieu généralement aérobie, pour aboutir à des matières minérales.

Ce qui nécessite une eau riche en oxygène dissous. Si le milieu n’est pas propice.

L'autoépuration ne peut s'effectuer qu'en anaérobiose. Dans ce cas, la fermentation solubilise tous les constituants solides et dégage du méthane et souvent des sulfures, qui empoisonnent le milieu.

Les matières en suspension se déposent progressivement et les matières dissoutes se trouvent plus ou moins diluées. Une activité biologique, combinée avec des actions chimiques entrent alors en jeu et tend à transformer les matières oxydables ou putrescible en matière oxydée stable(45).

Les actions bactériennes et réactions d'oxydoréduction consomment l'oxygène dissous dans l'eau. Si l'eau reste suffisamment aérée durant ces transformations, la putréfaction est évitée, sinon, les matières organiques présentes dans l'eau subissent une fermentation aérobie ou anaérobie selon que le milieu contient ou non une quantité suffisante d'oxygène dissous. Cet oxygène est réalimenté grâce aux échanges avec l'atmosphère l’oxygène de l'atmosphère se dissout d'autant plus que le déficit de saturation de l'eau en cet élément est plus grand, que la température est plus basse et que des turbulences des eaux est plus grande.

De plus, durant le jour, les microorganismes chlorophylliens fournissent à l'eau l’oxygène. Il peut aussi y avoir des apports d'oxygène par les eaux aérées des affluents du cours d'eau. Dans le premier cas : il se forme l'anhydride carbonique, de l'eau et des

participer à la synthèse de nouveaux composés organiques. Dans le second cas, il ya formation en plus de l'anhydride, de méthane, d'hydrogène sulfuré, de composés ammoniacaux, ainsi que de nombreux produits tels que des acides aminés, des acides gras, des phénols, crésols, mercaptans et autres corps, généralement toxiques pour les organismes vivants.

3. L'autoépuration biologique

C'est un phénomène naturel qui transforme et minéralise les déchets organiques grâce à l'action des micro-organismes, notamment les bactéries, ce processus est favorisé par l'existence dans les eaux des sels nutritifs (N, P, K…). L’épuration biologique naturelle se produit dans les eaux stagnantes ou courantes (46).

3.1. Principe de l'autoépuration biologique

Les eaux usées domestiques constituent un excellent milieu de culture, dans lequel un apport d'oxygène suffit pour obtenir un intense développement des microorganismes (47).

Les microorganismes utilisent et minéralisent les substances organiques apportées au cours de la pollution. Après leur transformation, ces derniers s'élimineront dans l'atmosphère(48).

L'ensemble des phénomènes de l'autoépuration biologique s’articule autour des quatre atomes C, O, N, P constitutifs de la matière organique :

- L'oxygène : provient de la photosynthèse des algues, et du ré-aération par le vent.

- Le carbone : est essentiellement sous forme de carbone organique issu de la pollution admise. On peut le rencontrer sous forme inorganique tel que CO2, et les ions CO3-2, H^- CO3- qui sont, soit fixés de l'atmosphère, soit résultant de la dégradation du carbone organique par les bactéries (49).

- L'azote : peut se trouver sous forme organique et sous forme de sels nutritifs (ammonium, nitrites).

- Le phosphore : se trouve sous forme d'ortho phosphates H 2PO4-, HPO42-, PO43- oude phosphore organique (49).

L'ensemble de ces formes va participer à la croissance des algues .Le carbone et l'azote est des éléments constitutifs des algues, alors que le phosphore permettra d'emmagasiner de l'énergie sous forme d'ATP. Lorsque l'oxygène vient à manquer, le système passe en anaérobiose qui se traduit par des émanations malodorantes.

3.2. Les microorganismes auto-épurateurs

Tous les microorganismes capables de se développer aux dépends des matières organiques polluantes peuvent être auto épurateurs de fait. Les espèces rencontrées résultent d'une rigoureuse sélection et les exigences nutritionnelles de ces espèces. Ainsi, dans une rivière peu oxygénée, les substances polluantes vont se déposer pour être dégradées par des microorganismes anaérobies avec formation de gaz (hydrogène, méthane, H2S etc.….) qui

vont apparaitre sous forme de bulles à la surface de l'eau. Au contraire, dans un cours d'eau bien oxygéné, ce sont des microorganismes aérobies qui vont intervenir et qui vont transformer les polluants organiques jusqu'à leur totale minéralisation (27).

On distingue plusieurs types de flores :

- Une flore de bactéries libres en suspension dans l'eau, ou formant de petits agrégats.

Elle est proportionnellement peu importante et n'atteint jamais 1% de la population bactérienne totale (27).

- Une flore appelée par certains Epipsamnique. Elle est constituée de bactéries végétant à la surface des plantes, des algues macroscopiques et des organismes animaux. C'est de loin la plus importante (27)

- Une flore Epibenthique sur les berges et le lit de la rivière. Elle est formée de microorganismes en contact immédiat avec l'eau circulante et participe donc à l'autoépuration. Cette flore est très abondante dans les eaux polluées (27).

- Une flore benthique située dans les couches limoneuses plus profondes, elle n'est pas directement au contact de l'eau circulante et son importance est mineure dans les phénomènes d'autoépuration (27).

- Très schématiquement, deux grandes catégories interviennent dans l'autoépuration. Le groupe des Pseudomonas et Acinetobacter et celui des Cytophaga et Flavobacterium. Elles sont aérobies ou discrètement fermentaire (Flavobacterium). D'autres groupes sont aussi largement représentés : les Aeromonas et les Entérobactériaceae. Leur nombre total est nettement inférieur (27).

4. Autoépuration chimique

L'un des aspects majeurs de ce phénomène est l'élimination des constituants organiques, tandis que la teneur en oxygène dissous augmente régulièrement d'amont en aval, on observe une forte diminution des matières en suspension. Les matières organiques chimiquement oxydables et l'azote organique s'éliminent également mais plus modérément de même que, les substances extractibles au chloroforme (27).

5. Les conditions de l'autoépuration

En plus de la présence des microorganismes, de nombreux facteurs sont déterminant quant à la cinétique de l'autoépuration (50).

5.1. Les facteurs biotiques

Les facteurs biologiques sont représentés essentiellement par des phénomènes de prédation (Bdellovibrio et des Protozoaires) des phénomènes de type présence d'enzymes protéolytiques d'origine microbienne et la présence d'algues assurant la Pré-oxygénation de l'eau (51,13). L'importance de bactériophages dans l'épuration bactérienne est mineure, si

5.2 . Les inhibiteurs et les agents toxiques

Ce sont des substances solides ou liquides qui perturbent le bon déroulement de l'activité biologique. On peut les classer en trois catégories :

- Les composés organiques toxiques à fortes dose mais biodégradables, à faible concentration tel que les hydrocarbures, les pesticides, et les produits organiques de synthèse (phénols, aldéhydes, produits azotés, etc. ).

- La plupart des métaux lourds sont toxiques même à des concentrations relativement faibles.

- Les fortes teneurs en sels dissous peuvent inhiber l'action bactérienne.

5.3. Facteurs abiotiques

Il s'agit d'un ensemble de facteurs physico-chimiques tels que, le niveau de l'oxygène, la température, le pH, les éléments minéraux et la pression hydrostatique.

5.3.1. Teneur en oxygène dissous

L’eau polluée peut être complètement privée d’oxygène, empêchant ainsi toute forme de vie aquatique. Dans les meilleures conditions, l'eau ne contient en solution qu'un taux plus faible d'oxygène. Ainsi à 20°C, un filtre d'eau saturé ne contiendra que 6 cm³ d'oxygène.

Alors qu'un filtre d'air renfermera plus de 200 cm³. Pour les animaux aquatiques, le besoin en oxygène est fortement proportionnel à la température. On doit aussi noter qu'une eau contenant des polluants toxiques a habituellement un faible taux d'oxygène (33).

5.3.2. La température

Tous les microorganismes et les organismes aquatiques exigent une température, variable selon les espèces à laquelle leur dynamique de développement est optimale (53). Au point de vue toxicologique, l'augmentation de la température de l'eau a deux conséquences principales :

- Elle diminue la concentration absolue de l'oxygène dissous de l'eau, bien que sa concentration relative demeure inchangée ou soit même améliorée.

- Elle augmente les besoins métaboliques et par conséquent les besoins en oxygène.

- Par ailleurs la toxicité des sels métalliques augmente avec la température dans de fortes proportions (54). Il est généralement admis qu'une élévation de la température de l'eau favorise le phénomène d'auto épuration (55).

5.3.3. Le vent

Il joue un rôle dans l'aération des eaux et dans la répartition de la température et de l'oxygène, ainsi il évite la stratification des eaux et d'assurer les conditions d'aérobie dans toute la profondeur (56).

5.3.4. Le pH

Les bactéries se multiplient en milieu neutre (pH 7 à 7,5), la plupart d'entre elles, évoluent dans des limites assez larges. Escherichia coli se multiple à partir de pH 4,4 jusqu’à pH 8.

D’autres espèces au contraire, ont une préférence pour les milieux fortement acide ou basique. Thiobacillus Thiooxydans présente un pH optimal de croissance voisin de 2 est encore capable se développer à pH 0. Les environnements recevant un effluent riche en sulfures, comme les rejets des mines et des fabriques de piles sont très acides et dominés surtout par des bactéries sulfureuses Chimiolithotrophes du genre Thiobacillus. La production d'acide par ces bactéries cause de sérieux problèmes de pollution dans les écosystèmes aquatiques. Les milieux hautement alcalins, en revanche, sont rares et peuvent être rencontrés dans les zones recevant des effluents des cimenteries par exemple (57).

5.3.5. Le rayonnement solaire

Apres l'exposition à la lumière solaire, les bactéries disparaissent plus rapidement dans les eaux marines que dans les eaux douces. L’effet du sel est plus significatif en présence de radiations ultraviolettes (UV). Cependant, la survie des Entérobactéries dans les eaux douces peut être due à la présence de substances absorbants les rayons UV tels les acides humiques qui protègent les cellules contre ces rayonnements (58, 59).

5.3.6.

Elle résulte à la fois d'une température élevée et un vent de forte intensité. Ceci a pour effet de concentrer tous les contaminants dans les eaux et dérégler la qualité des effluents(60).

5.3.7.

Les pluies ont pour effet de diluer les concentrations des contaminants. Elles vont entrainer une modification de la répartition des temps de séjour et inévitablement du rendement épuratoire, si la perturbation persiste (61), en temps de crues, il y a lavage du cours d'eau et aération des eaux et des sédiments. L’auto épuration est meilleure en hiver et au printemps, car li y a dilution des polluants (62).

5.3.8.

Selon les chimistes marins, la salinité est la quantité totale de solides (en gramme) contenus dans 1kg d'eau de mer après transformation de tous les carbonates en oxyde et oxydation totale de la matière organique, les biologistes quant à eux, prennent en considération des mesures de conductivité et de réfractométrie pour déterminer la salinité (63). En milieu marin, la moyenne de la salinité peut correspondre à celle des océans 3 à 5% comme elle peut considérablement chuter pour atteindre des taux de 2-3 seulement (63, 64).

5.3.9.

Elle retarde la croissance de la plupart des bactéries des eaux douces et du sol. A une pression de 200 à 600 ATM même, les bactéries marines sont inhibées. La pression hydrostatique à des effets dramatiques sur la morphologie cellulaire. Sous pression élevée, Serratia marinoruba forme de longs filaments (il y a croissance, mais pas de division) et quant la pression est réduite à 1atm, ces filaments se divisent en des cellules de taille normale (63). De même que des cellules d’Escherichia coli ne se développent pas mais subissent une élongation sous pression (64).

5.4.

L'azote et le phosphore sont des éléments essentiels pour le développement des bactéries.

Le processus biologique d'épuration permet l’élimination des matières organiques biodégradables, avec production de sels minéraux. Ceci conduit au phénomène d'eutrophisation qui se manifeste par une prolifération de micro-algues, qui croissent sous l'effet conjugué de la présence des dérivés azotés et phosphorés dans l'eau, et de la photosynthèse due aux radiations solaires (56).

Actuellement, il est admis que l'élimination des nutriments est due aux phénomènes suivants :

- Assimilation par photosynthèse.

- Volatilisation de l'ammoniac.

- Précipitation avec le Calcium des phosphates due à une élévation du pH par l'activité algale

5.4.2. Les matières azotées

Dans les eaux usées, l’azote est sous forme : azote organique dissous, ion ammonium, ion nitrite, composés gazeux dissous (N2, NO, N2O) et protéines (56). Il provient de l'hydrolyse des composés azotés des êtres vivants (urine) et du drainage des engrais utilisés dans l'agriculture intensive.

L'évolution générale de l'azote se fait dans le sens : NH4+ NO2- NO3- Les différents stades de l'évolution des formes azotées sont les suivantes :

- Nitrification : elle consiste en l'oxydation de l'ammoniac en nitrites par les bactéries Nitrosomonas et en l'oxydation des nitrites en nitrates par les bactéries Nitrobacter.

- Les bactéries nitrifiantes sont exigeantes, quant à la teneur en oxygène et ne peuvent se développer ou se maintenir dans un milieu à faible concentration (65).

- Dénitrification : elle ne nécessite pas la présence de bactéries très spécifiques. En effet

d'utiliser l'oxygène du nitrate à la place de l'oxygène moléculaire, en l'absence de ce dernier (conditions d'anoxie), pour dégrader la matière organique (66).

5.4.3.

Le phosphore est un élément essentiel des cellules vivantes. Il est présent dans les eaux polluées sous deux formes :

- Le phosphore soluble : PO43-, HPO42- , H 2PO4-. - Le phosphore hydrolysable : P 2O74-, P 3O105- .

Les phosphates sont essentiellement assimilés sous la forme d'ortho phosphates, leur élimination se fait en condition anaérobie (56).

Le dé phosphatation nécessite des conditions de sélection spécifique, car elle fait appel à une alternance de conditions anaérobies et aérobies. Acinetobacter est capable dans les conditions d'anaérobie d'absorber des composés simples (acides acétique) et de les stocker sous forme de matériaux de réserves intracellulaires après leur polymérisation en polyhydroxybutyrate (PHB).

Dans une phase aérobie suivante, le PHB stocké est oxydé facilement. Cette oxydation génère de l'énergie en excès qui est stockée sous forme de poly phosphate, qui servira, en phase anaérobie suivante, à faciliter l'absorption de l'acide acétique. La formation du poly phosphate nécessite l'absorption du phosphate extracellulaire (67).

5.4.4.

C’est un facteur essentiel, car il est à la base de la matière organique. Il peut provenir : - De la composition de la matière organique.

- Du CO2 atmosphérique en faible proportion car sa dilution dans l'eau est lente.

- De la respiration des organiques qui libèrent le CO2 comme déchet.

- De l'alcalinité des eaux (carbonates et bicarbonates).

5.5. Facteurs physiques

- La profondeur du cours d’eau

Elle agit sur l'intensité de la luminosité, plus les eaux sont profondes et plus l'intensité de la lumière diminue, entrainant une diminution de la photosynthèse.

- La largeur du cours d’eau

Elle détermine la surface de l'interface air/eau. Plus le cours est large et plus l'alimentation en oxygène est supérieure et plus la dégradation des compose organiques est meilleure.

- La géomorphologie du terrain

Son influence touche les mouvements des eaux. Dans les terrains à faible pente, les eaux sont presque stagnantes, la décantation se fait plus facilement. Dans les zones en reliefs, la vitesse des eaux est supérieure, donc l'aération est plus importante.

6. L'autoépuration dans les cours d'eau

L'autoépuration des eaux de surface est un processus complexe aboutissant à la diminution de la pollution de l'eau (sans intervention de l'homme). Il s'agit d'un phénomène comprenant toutes les transformations qui rendent les eaux à leur état naturel. Il inclue la dégradation et la minéralisation des composés organiques via le réseau trophique, aération, absorption, la sédimentation des solides en suspension, température, vitesse des vents, pH, état et qualité des effluents et leur degré susceptibilité d’être oxydés, présence de substrats toxiques et les flores bactériennes autochtone (68). L'autoépuration est la conséquence de l'interaction de tous ces facteurs et diffère d'une rivière à l'autre(33).