Joaneson LACOUR *, O. JOSEPH, A. BRAS, K. BALTHAZARD-ACCOU, E. TANIS, R. ANGERVILLE, E. EMMANUEL

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1 La prise en compte du Développement Durable dans la démarche d'un nouveau laboratoire de recherche en Haïti : la question vitale de l'eau pour la vie socio-économique du pays Joaneson LACOUR *, O. JOSEPH, A. BRAS, K. BALTHAZARD-ACCOU, E. TANIS, R. ANGERVILLE, E. EMMANUEL 1 Laboratoire de Qualité de l Eau et de l Environnement (LAQUE), Université Quisqueya, BP 796 Port-au-Prince, Haïti. dejoaneson@yahoo.fr Abstract The Laboratory of Water and Environment Quality (LAQUE) of Quisqueya University was built in June 1998, to answer a societal demand of comprehensions and actions toward the new environmental challenges. Its main thematic is the Assessment of the impacts of pollutions related to industrial and urban activities on the aquatic and terrestrial ecosystems of Haiti. Keywords : Sustainable development; tropical ecotoxicology; ecohydrology. Résumé Le Laboratoire de Qualité de l Eau et de l Environnement (LAQUE) de l Université Quisqueya (Haïti) a été créé en juin 1998, pour répondre à une demande sociétale de compréhensions et d actions face aux nouveaux défis environnementaux. Sa thématique centrale de recherche est l «Evaluation de l impact des pollutions liées aux activités industrielles et urbaines sur les écosystèmes aquatiques et terrestres d Haïti» et la démarche scientifique est interdisciplinaire. Mots-clés : Développement durable; écotoxicologie tropicale; écohydrologie. Contexte de mise en place La science et la technologie fournissent aujourd hui un certain nombre de modèles et de matériels permettant de répondre, à l échelle voulue et dans un délai raisonnable, aux attentes sociétales pour une gestion durable de l environnement. Cependant, les conditions de précarité économique et sociale observées dans les pays en développement, rendent difficile l appropriation de ces outils dans la résolution des problèmes environnementaux, en même temps qu elles accélèrent les processus de dégradation des milieux terrestres et aquatiques. Dans ce contexte, a été créé en Haïti, au mois de juin 1998, le Laboratoire de Qualité de l Eau et de l Environnement (LAQUE) de l Université Quisqueya, dont la thématique centrale de recherche est l «Evaluation de l impact des pollutions liées aux activités industrielles et urbaines sur les écosystèmes aquatiques et terrestres de la République d Haïti». Axes de recherche et résultats des travaux Les travaux du LAQUE sont inscrits dans six axes de recherche : (i) approche méthodologique de l évaluation des risques sanitaires (biologiques et chimiques) générés par la pollution des eaux destinées à la consommation humaine ; (ii) gestion intégrée des ressources en eau ; (iii) déchets, pollution et environnement ; (iv) écotoxicité et impacts des polluants vis-à-vis des écosystèmes 1

2 aquatiques ; (v) approche méthodologique de l évaluation des risques écotoxicologiques liés aux effluents liquides, aux aménagements urbains et aux installations industrielles ; (vi) procédés de traitement des effluents liquides. Les résultats ci-dessous rapportés s inscrivent en réponse à des demandes de la population et des autorités. Approche méthodologique de l évaluation des risques sanitaires (biologiques et chimiques) générés par la pollution des eaux destinées à la consommation humaine (1) La cryptosporidiose, cause fréquente de diarrhée en Haïti, est transmise à l homme par l intermédiaire de l eau et des aliments contenant les oocystes de cryptosporidies. Dans la population, les groupes spécifiques ayant un niveau de risque très élevé sont les enfants, les personnes sous-alimentées et les malades contaminés par le virus de l immunodéficience humaine (VIH). Une étude récente a démontré la présence d oocystes (de 4 à 1274 pour 100 litres d eau) dans 16 des 18 points d eau analysés à Port-au-Prince (89%). L exposition de la population à une telle concentration peut générer d importants risques sanitaires pour les enfants et pour les sujets immunodéprimés. L objectif de ce travail était d évaluer les risques biologiques liés à la présence de ce parasite dans l eau destinée à la consommation humaine dans la zone métropolitaine de Port-au-Prince. Un modèle exponentiel a été utilisé dans le calcul de la probabilité de développer une infection pour des sujets immunocompétents et immunodéprimés âgés de moins de 5 ans et de 5 ans et plus. Dans les quartiers où l eau contenait des oocystes de Cryptosporidium, le niveau de risque d infection calculé s établit entre 1% et 5% pour la population immunocompétente ; pour la population immunodéprimée ce niveau de risque calculé varie de 1% à 97% selon la charge en oocystes des eaux consommées. Cette étude confirme la nécessité d une surveillance de la qualité microbiologique de l eau dans la perspective de réduire la morbidité des infections liées à la consommation d eau contaminée. Distribution spatiale de la prévalence de la cryptosporidiose La salinisation par l intrusion de l eau de mer a été étudiée et observée au niveau de plusieurs nappes aquifères proches des côtes, dont celles du Nord Est et de la plaine du Cul-de-sac (Portau-Prince). Au niveau de cette dernière en particulier, la salinité de l eau a connu une augmentation de 246% entre 1988 et 1999, et elle continue de s aggraver à un taux moyen de 3% l an. La figure 1 présente la variation des chlorures, de la conductivité et de la profondeur des forages. Ce graphe permet de d avancer que la profondeur des forages pourrait servir 2

3 d indicateur à la salinité. Il démontre également que le «biseau» salé ne joue pas un rôle significatif dans la remontée saline constatée dans l eau de certains forages, dans la mesure où les forages les plus proches de la mer, moins profonds, présentent de faibles valeurs de salinité. Par contre, les forages les plus profonds, situés à l intérieur des terres, sont ceux pour lesquels les teneurs les plus importantes en chlorures et en conductivité ont été enregistrées (2). Les concentrations en chlorures, au niveau de ces derniers forages étaient généralement supérieures à la valeur seuil de 250 mg/l (3). La salinité due aux chlorures est en effet responsable des cas de morbidité et de mortalité infantiles (4), de certains problèmes rénaux, d hypertension et de cancer du col de l'utérus (5). Chlorures (mg.l-1) & Conductivité (µs.cm-1) Profondeur des forages (m) 0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F12 F9 F10 F11 F13 F14 F15 F16 Forages 0 Conductivité Chlorures Profondeur Variation temporelle et spatiale de la salinité ( ) Toujours dans la plaine du Cul-de-sac, des concentrations importantes en plomb (40 µg/l), en chrome (470 µg/l), en nickel (250 µg/l), en chloroforme (118 µg/l) en dichlorométhane (118µg/L) et en coliformes fécaux (700 NPP/100 ml) ont été mesurées dans les eaux d un forage unique pris comme site d observation des mécanismes de transferts de polluants (6). Evaluation des dangers environnementaux liés aux effluents urbains Des travaux initiés depuis 2005 sur le canal du Bois de Chêne, le plus grand collecteur à l air libre, des eaux usées de la ville de Port-au-Prince, ont apporté un début d explication à des perturbations observées dans les cycles biogéochimiques au niveau de la baie de Port-au-Prince. Des concentrations maximales en N0 3 - (22,88 mg/l), en NH 3 (16 mg/l), en PO 4 3- (62 mg/l) et en DCO (630 mg/l) ont été dosées (7). L approche conceptuelle à l évaluation sommaire des dangers liés aux eaux usées urbaines de Port-au-Prince (PAPUW), est basée sur une caractérisation de ces eaux en fonction de leur composition chimique (mesures de paramètres globaux, métaux lourds et nutriments). Les principaux paramètres sélectionnés étaient : la DCO, l oxygène dissous (OD), des métaux lourds (Cd, Pb, As, Cr, Ni, Zn) et des nutriments (NO 3 -, and PO 4 3- ). Pour un ratio CC/TV> 1 (CC: caractérisation chimique d un polluant; TV: valeur seuil), l approche considère les PAPUW comme des effluents dangereux et présentant des substances toxiques pour les écosystèmes. Elle recommande donc, la détermination de l OD. En outre, pour des concentrations en OD inférieures à 5 mgo 2 /L (8), elle aboutit à la conclusion qu il y a rejet d effluents pauvre en oxygène dans l océan, ce qui représente, en considérant le flux journalier, des dangers de toxicité potentiellement persistants pour les organismes aquatiques, avec risque 3

4 éventuel de déséquilibre biologique et d eutrophisation liée aux concentrations élevées de substances azotées et phosphatées (voir figure). Cadre conceptuel de l évaluation des dangers écologiques dus aux effluents urbains Procédés de traitement des effluents liquides Les propriétés intrinsèques d adsorption de la bagasse de canne à sucre (très abondante dans la région) ont été étudiées, dans la perspective de réduire les impacts de la pollution due aux effluents industriels chargés en métaux lourds (9). Les isothermes d adsorption des cations ont été modélisés au moyen des modèles de Langmuir et de Freundlich. La séquence de fixation des polluants métalliques sur le biosorbant suit l ordre Pb 2+ > Cd 2+ > Zn 2+, correspondant à l ordre décroissant du rayon ionique, de la masse moléculaire et de l électronégativité des cations. Le Tableau suivant présente les résultats d un essai d adsorption réalisé sur un effluent provenant d une usine de peintures haïtienne. Pour un ratio L/S de 1g/100mL, l adsorption sur la bagasse «native» a permis d éliminer jusqu à 95 % du plomb, 96 % du cadmium et 90 % du zinc contenus dans l effluent réel, en dépit de la présence de matière organique. Ces résultats montrent que la capacité d adsorption de la bagasse vis-à-vis du cadmium est similaire en système mono-composé et en compétition avec le plomb, le zinc et la matière organique. En revanche, l adsorption du plomb serait affectée par la compétition. Résultats des essais d adsorption de cations présents dans l effluent d une usine de peintures Cation Gamme de Ce (mmol.l -1 ) Gamme de q e (mmol.g -1 ) Moyenne des métallique q e Pb 2+ 0,0009 0,016 1,9 2, ,0016 ± 0,0009 Cd 2+ 0,004 0,02 0,01 0,014 0,011 ± 0,0022 Zn 2+ 0,057 0,13 0,05 0,1 0,07 ± 0,02 4

5 Gestion des médicaments périmés La stabilisation par solidification de la tétracycline (TET) dans une matrice cimentaire a été étudiée pour le compte d un organisme international, dans le cadre d un programme de recherche sur une méthodologie de gestion des rejets de médicaments périmés en Haïti : l interaction entre la TET, le quartz pur Q et deux oxydes mixtes de fer quartz/ferrihydrite Q 1, quartz/goethite Q 2 a été étudiée. Les résultats ont suggéré (10) : que les paramètres tels que le ph, la température, l effet de la minéralogie des matériaux mixtes utilisés et le temps de contact doivent être pris en compte lors de l étude de l adsorption de TET sur des oxydes mixtes de fer et du quartz, que le devenir de ces composés dans les sols et l environnement doit être suivi avec attention. Conception d un centre d enfouissement technique (CET) pour Port-au-Prince Les réflexions initiées dans le cadre d un programme de recherches sur la gestion des déchets en Haïti, ont fait valoir l opportunité d une exploitation rentable d un centre d enfouissement technique (CET) de 1000 tonnes/jour à Port-au-Prince (2.2 millions d habitants). La récupération du biogaz a été estimée à partir du modèle de décroissance de 1 er ordre de l US-EPA (United State Environment Protection Agency) : -kc -kt ( ) LFG = 2LoR e -e où LFG (landfill gas) représente la quantité de biogaz produite par la décharge, Lo et k : sont les constantes du modèle (Lo = 2,565 ; k = 0,1), R (t/an) : la quantité moyenne annuelle déposée dans la décharge, t : la durée d exploitation du CET (20 ans) et c : le temps passé après fermeture du CET. La figure suivante illustre les proportions de production respective de biogaz des 4 casiers du CET sur 20 ans d exploitation Quantité de Teq CO 2 E Age (année) Casier 1 Casier 2 Casier 3 Casier 4 Proportions respectives d émissions de Teq C0 2 des casiers La proportion de méthane a été estimée à 60% du volume total de biogaz. La production effective de méthane correspondrait à 75% de la fraction totale. La production nette ( m 3 ) était obtenue en considérant un taux de collecte de 85% du volume effectif. La production nette massique a été estimée en considérant une masse volumique du méthane gazeux dans les CNTP égale à 0,71 kg.m -3(11). 5

6 La tonne de méthane équivaut à environ 21 tonnes de CO 2 (Teq CO 2 ) ou UREC. Le prix moyen d une UREC a été évalué dans le cadre du MDP à D où un bilan positif d environ 4 millions d euros, après déduction des coûts d exploitation. Par ailleurs des unités de compostage des déchets ménagers sont en projet et en cours de démarrage dans plusieurs villes. L aménagement rationnel d un CET de grande capacité et le traitement de la matière fermentescible par compostage auront des conséquences positives sur la qualité des eaux. Projet expérimental de compostage Une unité de compostage artisanal dans la banlieue de la capitale a permis de vérifier la possibilité de valoriser la fraction fermentescible des déchets des marchés haïtiens sous la forme d un compost stable et de bonne qualité. La faisabilité et le suivi d une telle entreprise ont été obtenus à un coût très faible et sans grand apport technologique. Les principaux paramètres de suivi ont permis de confirmer le bon fonctionnement du processus aérobie, sans aucun signe d inhibition apparente. En outre, la stabilité et la maturité du compost ont été constatées après 3 mois de fermentation ; ceci permet de confirmer que le climat tropical (température et humidité relativement élevées) est profitable à un processus accéléré de fermentation aérobie de ce type déchets, aboutissant à un produit de bonne qualité dans un délai relativement court. Respiration du compost en 10 jours Mise en place d une unité d écotoxicologie tropicale Dans le cadre du montage d une unité d écotoxicologie tropicale, plusieurs types d'organismes utilisés pour les bioessais en milieu tempéré, ont été identifiés en Haïti. C est le cas, entre autres, de crustacés cladocères (Daphnia sp.), d ostracodes, de lentilles d eau (Lemna sp.) et des vers de terre. Ces organismes sont actuellement objet d identification taxonomique et la mise au point de méthodes d élevage appropriées est en cours. Les premiers essais sur les lombrics (aigus) et les lentilles d eau (chroniques) ont mis en relief la toxicité d échantillons de déchets prélevés sur le terrain et ont démontré que les protocoles internationaux appliqués à des espèces animales et végétales haïtiennes et au contexte local pouvaient être globalement validés. 6

7 Indicateurs stratégiques, développement et perspectives Le LAQUE développe déjà des synergies avec les pouvoirs publics haïtiens, dont le Ministère de l Environnement (Programme «déchets»). "Des contacts sont en cours avec d'autres Ministères et services décentralisés de l'etat, des bureaux d'études, et ONG". Le LAQUE est membre du directoire scientifique et des réseaux thématiques du Programme Hydrologique International et d Ecohydrologie de l UNESCO. Il est rattaché au Réseau universitaire francophone «Santé Environnement» (RSE). Les recommandations de l'évaluation du LAQUE en 2007, ont proposé une réorganisation de ses axes et équipes de recherche. La solidarité scientifique entre le LAQUE et des universités et grandes écoles de la France qui accueillent ses doctorants, ainsi que le partenariat avec d autres institutions ayant pour dénominateur commun la langue française, s inscrivent en ligne droite de sa stratégie de développement. Dans cette mouvance d actions et de coopérations scientifiques, le LAQUE vise la gestation d une masse critique de chercheurs appartenant à plusieurs disciplines, capables d appréhender, sur une base scientifique, les problèmes environnementaux du pays, à travers une vision globale de l environnement et du développement économique. Il entend ainsi accompagner l Université et l Etat haïtiens, dans une démarche de renouvellement et de mise en capacités de leurs personnels, selon une approche de formation de formateurs et de restitution des données obtenues par les chercheurs aux décideurs et à tous les niveaux (public, associations, ONG). Références bibliographiques 1. Bras A., Emmanuel E., Lilite O., Brasseur P., PAPE J. W., Raccurt C. Évaluation du risque biologique dû à Cryptosporidium sp. présent dans l eau de boisson à Port-au- Prince, Haïti (sources : Bras et al., Evaluation du risque dû à Cryptosporidium sp présent dans l eau de boisson à Port-au-Prince, Haïti. Environnement, Risques et Santé, 2007, 6 (5) Joseph O., Emmanuel E., Winiarski T., Vermande P. Analyse de l évolution de la salinité des ressources en eau souterraine de la zone «Sud-ouest» de l aquifère de la plaine du Cul-de-sac en Haïti. (Submitted RED, December 2006). 3. OMS (Organisation Mondiale de la Santé). Directives de qualité de l'eau de boisson, 2ème éd., Vol. 2 - Critères d'hygiène et documents à l'appui. Genève, 1996, 1024 p. 4. LACOUR J. Evaluation sommaire de la salinité des ressources en eau de l aquifère côtier massacre d Haïti. In. : Emmanuel E. (éd.). Pré-Actes du Colloque International «Faire face à la pénurie de l eau» Port-au-Prince : Université Quisqueya, 22 et 23 mars 2007, Port-au-Prince. CDROM. 5. ERB. (Eau et Rivières de Bretagne). Interprétez votre analyse d'eau. Bretagne, 1999, 5 p. 6. EmmanueL E., Perrodin Y., Keck G., Vermande P. Impacts des effluents hospitaliers sur la qualité des eaux souterraines de Port-au-Prince : Evaluation sommaire des risques pour la santé humaine. In. : Evens Emmanuel (ed.). Peré-Actes du Colloque International «Faire face à la pénurie de l eau» Port-au-Prince : Université Quisqueya, 22 et 23 mars 2007, Port-au-Prince. CDROM. 7. LACOUR J., PIERRE A, JOSEPH O., PLANCHER M. J., MARSEILLE J. A., ACCOU K. B. ET EMMANUEL E. Evaluation des dangers environnementaux liés aux substances azotées et phosphatées contenues dans les effluents urbains. RED, 2006, 1 (3): US EPA (United States Environmental Protection Agency). Ambient water quality criteria for dissolved oxygen. Washington, DC: U.S. Environmental Protection Agency, 1986, EPA/PB

8 9. JOSEPH O., METIVIER-PIGNON H., EMMANUEL E., GOURDON R. Utilisation de la bagasse de canne à sucre pour le traitement d'effluents chargés en métaux lourds. Récents Progrès en Génie des Procédés Numéro ISBN , Ed. SFGP, Paris, France. 10. Accou K. B., Tanis E., Joseph O., Hanna K., Metellus F., Emmanuel E. Etude sommaire du comportement physicochimique de la tétracycline dans une matrice solidifiée au moyen de liant hydraulique. RED, 2006, 2 (3): WIKIPEDIA ENCYCLOPEDIE. 8