N d ordre : 04 ISAL 004 Année 2004 THESE. présentée devant L INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON. pour obtenir LE GRADE DE DOCTEUR.

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1 N d ordre : 04 ISAL 004 Année 2004 THESE présentée devant L INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON pour obtenir LE GRADE DE DOCTEUR SPECIALITE : SCIENCES ET TECHNIQUES DU DECHET ECOLE DOCTORALE DE CHIMIE DE LYON par Evens EMMANUEL Ingénieur sanitaire EVALUATION DES RISQUES SANITAIRES ET ECOTOXICOLOGIQUES LIES AUX EFFLUENTS HOSPITALIERS Soutenue le 4 février 2004 devant la Commission d examen Jury composé de MM. Professeur J. BOURGOIS Ecole des Mines de Saint-Etienne Rapporteur Professeur J.L. RIVIERE INRA de Versailles Rapporteur Professeur J-M. BLANCHARD INSA de Lyon Examinateur Professeur G. KECK Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon Examinateur Professeur émérite P. VERMANDE INSA de Lyon Examinateur DR HDR Y. PERRODIN Ecole Nationale des Travaux Publics de l Etat Examinateur Dr J.C. CETRE Hôpital de la Croix-Rousse Invité Professeur A. COPIN FUSGAx de la Belgique Invité Cette thèse a été préparée au Laboratoire des Sciences de l Environnement de l Ecole Nationale des Travaux Publics de l Etat et au Laboratoire d Analyse Environnementale des Procédés et Systèmes Industriels de l INSA de Lyon

2 Novembre 2003 INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON Directeur : STORCK A. Professeurs : AMGHAR Y. LIRIS AUDISIO S. PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE BABOT D. CONT. NON DESTR. PAR RAYONNEMENTS IONISANTS BABOUX J.C. GEMPPM*** BALLAND B. PHYSIQUE DE LA MATIERE BAPTISTE P. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS BARBIER D. PHYSIQUE DE LA MATIERE BASKURT A. LIRIS BASTIDE J.P. LAEPSI**** BAYADA G. MECANIQUE DES CONTACTS BENADDA B. LAEPSI**** BETEMPS M. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE BIENNIER F. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS BLANCHARD J.M. LAEPSI**** BOISSE P. LAMCOS BOISSON C. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE BOIVIN M. (Prof. émérite) MECANIQUE DES SOLIDES BOTTA H. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Développement Urbain BOTTA-ZIMMERMANN M. (Mme) UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Développement Urbain BOULAYE G. (Prof. émérite) INFORMATIQUE BOYER J.C. MECANIQUE DES SOLIDES BRAU J. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Thermique du bâtiment BREMOND G. PHYSIQUE DE LA MATIERE BRISSAUD M. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE BRUNET M. MECANIQUE DES SOLIDES BRUNIE L. INGENIERIE DES SYSTEMES D INFORMATION BUFFIERE J-Y. GEMPPM*** BUREAU J.C. CEGELY* CAMPAGNE J-P. PRISMA CAVAILLE J.Y. GEMPPM*** CHAMPAGNE J-Y. LMFA CHANTE J.P. CEGELY*- Composants de puissance et applications CHOCAT B. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Hydrologie urbaine COMBESCURE A. MECANIQUE DES CONTACTS COURBON GEMPPM COUSIN M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures DAUMAS F. (Mme) CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et Thermique DJERAN-MAIGRE I. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL DOUTHEAU A. CHIMIE ORGANIQUE DUBUY-MASSARD N. ESCHIL DUFOUR R. MECANIQUE DES STRUCTURES DUPUY J.C. PHYSIQUE DE LA MATIERE EMPTOZ H. RECONNAISSANCE DE FORMES ET VISION ESNOUF C. GEMPPM*** EYRAUD L. (Prof. émérite) GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE FANTOZZI G. GEMPPM*** FAVREL J. PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS FAYARD J.M. BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS FAYET M. MECANIQUE DES SOLIDES FAZEKAS A. GEMPPM FERRARIS-BESSO G. MECANIQUE DES STRUCTURES FLAMAND L. MECANIQUE DES CONTACTS FLEURY E. CITI FLORY A. INGENIERIE DES SYSTEMES D INFORMATIONS FOUGERES R. GEMPPM*** FOUQUET F. GEMPPM*** FRECON L. REGROUPEMENT DES ENSEIGNANTS CHERCHEURS ISOLES GERARD J.F. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES GERMAIN P. LAEPSI**** GIMENEZ G. CREATIS** GOBIN P.F. (Prof. émérite) GEMPPM*** GONNARD P. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE GONTRAND M. PHYSIQUE DE LA MATIERE GOUTTE R. (Prof. émérite) CREATIS** Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 2

3 GOUJON L. GOURDON R. GRANGE G. GUENIN G. GUICHARDANT M. GUILLOT G. GUINET A. GUYADER J.L. GUYOMAR D. HEIBIG A. JACQUET-RICHARDET G. JAYET Y. JOLION J.M. GEMPPM*** LAEPSI****. GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE GEMPPM*** BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE PHYSIQUE DE LA MATIERE PRODUCTIQUE ET INFORMATIQUE DES SYSTEMES MANUFACTURIERS VIBRATIONS-ACOUSTIQUE GENIE ELECTRIQUE ET FERROELECTRICITE MATHEMATIQUE APPLIQUEES DE LYON MECANIQUE DES STRUCTURES GEMPPM*** RECONNAISSANCE DE FORMES ET VISION Novembre 2003 JULLIEN J.F. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures JUTARD A. (Prof. émérite) AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE KASTNER R. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Géotechnique KOULOUMDJIAN J. INGENIERIE DES SYSTEMES D INFORMATION LAGARDE M. BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE LALANNE M. (Prof. émérite) MECANIQUE DES STRUCTURES LALLEMAND A. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et thermique LALLEMAND M. (Mme) CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Energétique et thermique LAUGIER A. PHYSIQUE DE LA MATIERE LAUGIER C. BIOCHIMIE ET PHARMACOLOGIE LAURINI R. INFORMATIQUE EN IMAGE ET SYSTEMES D INFORMATION LEJEUNE P. UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE LUBRECHT A. MECANIQUE DES CONTACTS MASSARD N. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE MAZILLE H. PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE MERLE P. GEMPPM*** MERLIN J. GEMPPM*** MIGNOTTE A. (Mle) INGENIERIE, INFORMATIQUE INDUSTRIELLE MILLET J.P. PHYSICOCHIMIE INDUSTRIELLE MIRAMOND M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Hydrologie urbaine MOREL R. MECANIQUE DES FLUIDES ET D ACOUSTIQUES MOSZKOWICZ P. LAEPSI**** NARDON P. (Prof. émérite) BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS NELIAS D. LAMCOS NIEL E. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE NORMAND B. GEMPPM NORTIER P. DREP ODET C. CREATIS** OTTERBEIN M. (Prof. émérite) LAEPSI**** PARIZET E. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE PASCAULT J.P. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES PAVIC G. VIBRATIONS-ACOUSTIQUE PECORARO S. GEMPPM PELLETIER J.M. GEMPPM*** PERA J. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Matériaux PERRIAT P. GEMPPM*** PERRIN J. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE PINARD P. (Prof. émérite) PHYSIQUE DE LA MATIERE PINON J.M. INGENIERIE DES SYSTEMES D INFORMATION PONCET A. PHYSIQUE DE LA MATIERE POUSIN J. MODELISATION MATHEMATIQUE ET CALCUL SCIENTIFIQUE PREVOT P. INTERACTION COLLABORATIVE TELEFORMATION TELEACTIVITE PROST R. CREATIS** RAYNAUD M. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Transferts Interfaces et Matériaux REDARCE H. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE RETIF J-M. CEGELY* REYNOUARD J.M. UNITE DE RECHERCHE EN GENIE CIVIL - Structures RICHARD C. LGEF RIGAL J.F. MECANIQUE DES SOLIDES RIEUTORD E. (Prof. émérite) MECANIQUE DES FLUIDES ROBERT-BAUDOUY J. (Mme) (Prof. émérite) GENETIQUE MOLECULAIRE DES MICROORGANISMES ROUBY D. GEMPPM*** ROUX J.J. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON Thermique de l Habitat RUBEL P. INGENIERIE DES SYSTEMES D INFORMATION SACADURA J.F. CENTRE DE THERMIQUE DE LYON - Transferts Interfaces et Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 3

4 Matériaux SAUTEREAU H. INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES SCAVARDA S. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE SOUIFI A. PHYSIQUE DE LA MATIERE SOUROUILLE J.L. INGENIERIE INFORMATIQUE INDUSTRIELLE THOMASSET D. AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE THUDEROZ C. ESCHIL Equipe Sciences Humaines de l Insa de Lyon UBEDA S. CENTRE D INNOV. EN TELECOM ET INTEGRATION DE SERVICES VELEX P. MECANIQUE DES CONTACTS VERMANDE P. (Prof émérite) LAEPSI**** VIGIER G. GEMPPM*** VINCENT A. GEMPPM*** VRAY D. CREATIS** VUILLERMOZ P.L. (Prof. émérite) PHYSIQUE DE LA MATIERE Directeurs de recherche C.N.R.S. : BERTHIER Y. CONDEMINE G. COTTE-PATAT N. (Mme) ESCUDIE D. (Mme) FRANCIOSI P. MANDRAND M.A. (Mme) POUSIN G. ROCHE A. SEGUELA A. VERGNE P. Directeurs de recherche I.N.R.A. : FEBVAY G. GRENIER S. RAHBE Y. Directeurs de recherche I.N.S.E.R.M. : KOBAYASHI T. PRIGENT A.F. (Mme) MAGNIN I. (Mme) MECANIQUE DES CONTACTS UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE CENTRE DE THERMIQUE DE LYON GEMPPM*** UNITE MICROBIOLOGIE ET GENETIQUE BIOLOGIE ET PHARMACOLOGIE INGENIERIE DES MATERIAUX POLYMERES GEMPPM*** LaMcos BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS BIOLOGIE FONCTIONNELLE, INSECTES ET INTERACTIONS PLM BIOLOGIE ET PHARMACOLOGIE CREATIS** * CEGELY CENTRE DE GENIE ELECTRIQUE DE LYON ** CREATIS CENTRE DE RECHERCHE ET D APPLICATIONS EN TRAITEMENT DE L IMAGE ET DU SIGNAL ***GEMPPM GROUPE D'ETUDE METALLURGIE PHYSIQUE ET PHYSIQUE DES MATERIAUX ****LAEPSI LABORATOIRE D ANALYSE ENVIRONNEMENTALE DES PROCEDES ET SYSTEMES INDUSTRIELS Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 4

5 Septembre 2003 Ecoles Doctorales et Diplômes d Etudes Approfondies habilités pour la période ECOLES DOCTORALES n code national RESPONSABLE PRINCIPAL CORRESPONDANT INSA DEA INSA n code national RESPONSABLE DEA INSA CHIMIE DE LYON (Chimie, Procédés, Environnement) EDA206 M. D. SINOU UCBL Sec Fax M. R. GOURDON Sec Fax Chimie Inorganique Sciences et Stratégies Analytiques Sciences et Techniques du Déchet M. R. GOURDON Tél Fax ECONOMIE, ESPACE ET MODELISATION DES COMPORTEMENTS (E 2 MC) EDA417 M.A. BONNAFOUS LYON Sec Fax Mme M. ZIMMERMANN Fax Villes et Sociétés Dimensions Cognitives et Modélisation Mme M. ZIMMERMANN Tél Fax M. L. FRECON Tél Fax ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE (E.E.A.) EDA160 M. D. BARBIER INSA DE LYON Fax Automatique Industrielle Dispositifs de l Electronique Intégrée Génie Electrique de Lyon M. M. BETEMPS Tél Fax M. D. BARBIER Tél Fax M. J.P. CHANTE Tél Fax EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION (E2M2) EDA403 M. J.P FLANDROIS UCBL Sec Fax M. S. GRENIER Fax Images et Systèmes Analyse et Modélisation des Systèmes Biologiques Mme I. MAGNIN Tél Fax M. S. GRENIER Tél Fax INFORMATIQUE ET INFORMATION POUR LA SOCIETE (EDIIS) EDA 407 INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE (EDISS) M. L. BRUNIE INSA DE LYON Fax M. A.J. COZZONE UCBL M. M. LAGARDE Fax Documents Multimédia, Images et Systèmes d Information Communicants Extraction des Connaissances à partir des Données Informatique et Systèmes Coopératifs pour l Entreprise Biochimie M. A. FLORY Tél Fax M. J.F. BOULICAUT Tél Fax M. A. GUINET Tél Fax M. M. LAGARDE Tél Fax 85.24

6 EDA205 MATERIAUX DE LYON UNIVERSITE LYON 1 EDA 034 Sec Fax M. J. JOSEPH ECL Sec Fax M. J.M. PELLETIER Fax Génie des Matériaux : Microstructure, Comportement Mécanique, Durabilité Matériaux Polymères et Composites Matière Condensée, Surfaces et Interfaces M. J.M.PELLETIER Tél Fax M. H. SAUTEREAU Tél Fax M. G. GUILLOT Tél Fax MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE FONDAMENTALE (Math IF) M. F. WAGNER UCBL Fax M. J. POUSIN Fax Analyse Numérique, Equations aux dérivées partielles et Calcul Scientifique M. G. BAYADA Tél Fax EDA 409 MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE (MEGA) EDA162 M. F. SIDOROFF ECL Sec Fax M. G.DALMAZ Fax Acoustique Génie Civil Génie Mécanique Thermique et Energétique M. J.L. GUYADER Tél Fax M. J.J.ROUX Tél Fax M. G. DALMAZ Tél Fax M. J. F. SACADURA Tél Fax En grisé : Les Ecoles doctorales et DEA dont l INSA est établissement principal Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 6

7 La connaissance ne commence pas par des perceptions ou des observations, par une collection de données ou de faits, mais bien par des problèmes. Pas de savoir sans problèmes mais aussi de problème sans savoir. Karl R. POPPER A mes parents, A mon épouse Marie Carline Et à mes filles Alexandra et Kyshna Ania-Eve Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 7

8 Avant-propos Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au Laboratoire des Sciences de l Environnement (L.S.E) de l École Nationale des Travaux Publics (ENTPE), et au Laboratoire d Analyse Environnementale des Procédés et des Systèmes Industriels (LAEPSI) de l INSA de Lyon. Je remercie à ce titre, les directeurs de ces deux laboratoires pour leur accueil, respectivement Monsieur Yves Perrodin, Directeur de recherche au METL, et Monsieur Pierre Moszkowicz, professeur à l INSA de Lyon. Ce travail a été réalisé sous la direction de Monsieur le Directeur de Recherche Yves Perrodin, de Monsieur le Professeur émérite Paul Vermande, et de Monsieur le Professeur Gérard Keck. Je tiens à leur exprimer ma profonde gratitude pour les conseils techniques et scientifiques qu ils m ont prodigués, pour leur confiance et leur soutien. Ma profonde gratitude va à Monsieur le Professeur Jean-Marie Blanchard du LAEPSI, pour son soutien dans la réalisation de mes travaux de recherche au LAEPSI et à l Université Quisqueya en Haïti, et pour avoir accepter de participer à ce jury. Je suis particulièrement honoré de l attention que Messieurs les Professeurs Jean Louis Rivière de l INRA de Versailles et Jacques Bourgois de l Ecole des Mines de Saint Etienne ont bien voulu accorder à ce travail en tant que rapporteurs. Je tiens à associer à mes remerciements Messieurs les Professeurs Jean-Charles Cetre du l Université Claude Bernard et Alfred Copin de la Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux pour avoir accepté de participer à ce jury. J adresse mes remerciements au rectorat de l Université Quisqueya (Haïti) pour m avoir permis d entreprendre ce travail. Je veux exprimer ma reconnaissance à Monsieur le Professeur Paul Saint- Hilaire, Recteur de l Université Quisqueya pour sa confiance et son soutien. Cette étude a été réalisé grâce à une bourse de formation par la recherche de l Agence Universitaire de la Francophonie. Je tiens à remercier très sincèrement les responsables de l AUF pour cette opportunité. J associe à mes remerciements Monsieur le Professeur Christian Raccurt, Directeur du Bureau Caraïbe de l AUF, Mesdames Annie Gagnou et Arlette Mbouba, du service des bourses de l AUF, et Madame Géralde Carré, Administratrice du Bureau Caraïbe. Ma profonde gratitude va à Madame Christine Bazin de POLDEN-INSA et à Madame Christiane Dujet du LAEPSI pour leur enseignement en écotoxicologie et en logique floue. Ma reconnaissance s adresse également aux membres permanents du L.S.E. : Madame Cécile Delolme, ITPE, Madame Claude Durrieu, ITPE, Monsieur Bernard Clément, ITPE, Monsieur Alain Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 8

9 Devaux, ingénieur de recherche INRA, MM. Jean-Philippe Bedell, Thierry Winiarski et Jean-Claude Boisson, chargés de recherche METL, Madame Alicia Naveros, secrétaire du laboratoire pour leur accueil au L.S.E. Ma reconnaissance s adresse également à Martine, Térèse et Marc pour leur aide technique et surtout pour les réactifs qu ils m ont fourni pour les analyses réalisées en Haïti. Merci à Karim, Carole, Agnès, Frédérique, Géraldine, Nathalie et Christian pour leur aide. A mes amis docteurs et doctorants du LAEPSI Valérie (pour les discussions sur la spéciation du chrome) Sophie, Sonia, Dounia, Fouad, Marion, Eva, Cyril, Céline Un spécial remerciement à Khalil à Vincent, et à Enrico pour les discussions scientifiques. Merci à mes amis thésards du L.S.E. (docteurs et futurs docteurs) Laurent, Lucile (pour sa brillante participation au colloque sur la gestion de l eau en Haïti), Gaëlle (un merci spécial pour le rhum et la musique cubaine), Myriam, Charlotte, Valérie, Laurence, Xavier, Céline, Nicolas (pour les discussions sur les daphnies) Manuelle. Ma profonde gratitude va à Madame Edith D. Hudicourt et Monsieur Jean Adrien de la Fondation Haïtienne de Santé et de l Education et également aux Docteurs Rachelle Fanfan et Robert Pierre-Louis pour m avoir aidé dans les négociations avec le centre hospitalier d Haïti. Je tiens à remercier mon ami frère Pierre Naïder Fanfan, également Jean Fritz, Osnick et Serge pour la réalisation des analyses physicochimiques sur les effluents de l hôpital d Haïti. Durant la réalisation de cette thèse, j ai eu la chance de travailler, sous la direction de mes directeurs de recherche et d autres professeurs de la communauté scientifique francophone, sur deux grands projets d enseignement et de recherche : (i) l organisation en juin 2002 du «Colloque Colloque International sur la Gestion Intégrée de l Eau en Haïti (GIEH)», et (ii) la mise en place à l Université Quisqueya à Port-au-Prince du «Master Recherche Ecotoxicologie, Environnement et Gestion des Eaux (MEEGE)». Je tiens à exprimer ma plus profonde gratitude à Madame Christine Bazin de POLDEN-INSA, Madame Sarra Gaspard de l Université des Antilles et de la Guyanne, MM. Jean-Marie Blanchard (INSA de Lyon), Alfred Copin (Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux), Gérard Keck (Ecole Nationale Vétérinaire de Lyon), Pierre Moszkowicz (INSA de Lyon), Yves Perrodin (Ecole Nationale des Travaux Publics de l Etat), Philippe Thonart (Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de Gembloux), Emile Tanawa (Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de Yaoundé), Paul Vermande (INSA de Lyon) pour avoir décidé de transmettre leur savoir et leur savoir-faire aux jeunes universitaires haïtiens. Je souhaite que leur action puisse contribuer à la résolution de certains problèmes spécifiques à l environnement d Haïti, notamment les problèmes de pollution des ressources en eau des aquiferes de la Plaine du Cul-de-sac identifiés dans cette thèse. Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 9

10 Je remercie toutes les agences de financement qui ont supporté ces deux projets, spécialement le Bureau de l OPS/OMS en Haïti. J associe à ces remerciements Madame Lea Guido, représentante de l OPS/OMS en Haïti, MM. Térence Nyungeko et Frantz Metellus du projet «Eau et Assainissement» du Bureau de l OPS/OMS en Haïti Merci à toi que j ai pu oublier Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 10

11 Sommaire Sommaire SOMMAIRE...11 LISTE DES TABLEAUX...17 LISTE DES FIGURES...18 PUBLICATIONS...20 LISTE DES ACRONYMES...22 RÉSUMÉ...25 ABSTRACT...25 INTRODUCTION GÉNÉRALE...27 CHAPITRE I LES EFFLUENTS HOSPITALIERS : CONTEXTE, CARACTÉRISATION ET ASPECTS RÉGLEMENTAIRES...33 I. CONTEXTE...33 I.1. Problématique des effluents hospitaliers...34 II. CLASSIFICATION DES HÔPITAUX ET TYPOLOGIE DES REJETS LIQUIDES PRODUITS...36 II.1. Classification des hôpitaux...36 II.2. Typologie des effluents liquides hospitaliers...37 III. CARACTÉRISATION DES EFFLUENTS HOSPITALIERS...41 III.1. Caractérisation micro-biologique des effluents hospitaliers...41 III.1.1. Généralités...41 III.1.2. Les coliformes fécaux : Escherichia coli...41 III.1.3. Bactéries coliformes thermotolérantes...42 III.1.4. Streptocoques fécaux...42 III.1.5. Clostridia sulfito-réductrices...42 III.1.6. Coliphages et autres indicateurs de remplacement...42 III.1.7. Les techniques de mesure...43 III.1.8. Bactériologie des effluents hospitaliers et antibio résistance...44 III.1.9. Virologie des effluents hospitaliers...45 III.2. Caractérisation physico-chimique des effluents hospitaliers...45 III.2.1. Généralités...45 III.2.2. Quelques résultats disponibles sur la caractérisation physico-chimique d effluents hospitaliers...46 III.3. Caractérisation de la radioactivité des effluents hospitaliers...47 III.3.1. Estimation de la radioactivité...47 III.3.2. Les principaux radioisotopes utilisés en médecine nucléaire...47 III.3.3. La législation française sur les rejets de la médecine nucléaire...48 III.3.4. Le devenir des radionucléides dans les écosystèmes aquatiques...49 III.4. Caractérisation écotoxicologique des effluents hospitaliers...49 III.4.1. Intérêt de la mesure d écotoxicité...49 III.4.2. Présentation des différentes méthodes d évaluation de l écotoxicité...50 III.4.3. Résultats des essais d écotoxicité sur les effluents hospitaliers...51 III.4.4. La chaîne alimentaire et la bioamplification des polluants chimiques contenus dans les eaux usées...53 III.4.5. Les marqueurs biologiques...53 III.4.6. Les biomarqueurs : un indicateur de mesure de l état de santé des écosystèmes...54 III.5. Impacts des rejets médicamenteux sur les écosystèmes aquatiques...57 III.6. La toxicité et l écotoxicité des médicaments...60 III.6.1. Les hormones sexuelles...60

12 Sommaire III.6.2. Les antibiotiques...61 III.6.3. Les agents antitumoraux...62 III.6.4. Effets des médicaments sur les organismes aquatiques...63 III.6.5. Concentration de la substance active des médicaments dans le milieu aquatique...63 IV. ASPECTS RÉGLEMENTAIRES ET NORMATIFS RELATIFS AUX EFFLUENTS HOSPITALIERS...65 IV.1. Aspects réglementaires...65 IV.2. Aspects Normatifs...66 IV. 3. Nécessité d une nouvelle réglementation...67 V. CONCLUSIONS ET OBJECTIFS DE L ÉTUDE...69 CHAPITRE II LES MÉTHODES D ÉVALUATION DES RISQUES SANITAIRES ET ENVIRONNEMENTAUX...73 I. INTRODUCTION...73 II. EVALUATION DES RISQUES SANITAIRES ET ÉCOLOGIQUES...76 II.1. Définition des concepts...76 II.2. De l évaluation des risques (EDR)...77 II.3. Le processus de l évaluation des risques écologiques...78 III. MODÈLES GÉNÉRAUX D ÉVALUATION DES RISQUES SANITAIRES ET ÉCOLOGIQUES...80 III.1. Généralités...80 III.2. L évaluation du risque sanitaire...80 II.2.1. Identification du danger...81 II.2.2. Etude de la relation dose-réponse...82 II.2.3. Les valeurs toxicologiques de référence (VTR)...83 II.2.4. VTR des effets à seuil...83 II.2.5. Détermination des VTR des effets à seuil...84 II.2.6. VTR des effets sans seuil...85 II.2.7. Détermination des VTR des effets sans seuil...85 II.2.8. Estimation de l exposition...86 II.2.9. Caractérisation du risque...86 III.3. L évaluation du risque écologique...87 III.3.1. Formulation du problème...87 III.3.2. Analyse...88 III.3.3. Caractérisation du risque...88 III.4. Les modifications du schéma général proposé par l EPA en III.5. La méthode de l écocompatibilité...92 III.5.1. Définition de l écocompatibilité...92 III.5.2. Origine de l écocompatibilité...93 III.5.3. Développement de la méthodologie d écocompatibilité : étude de scénarii...93 III.5.4. Contribution de la méthodologie «Ecocompatibilité» à la gestion des déchets et à la discipline de l évaluation des risques...94 III.6. La directive de l Union Européenne...95 III.6.1. Principes européens d'évaluation des risques...95 III.6.2. Les modèles PEC/PNEC...96 III.7. L évaluation intégrée des risques du Programme International de la Sûreté Chimique (IPCS)...96 III.7.1. L expression cohérente des résultats de l évaluation...97 III.7.2. L interdépendance...97 III.7.3. Les organismes sentinelles...97 III.7.4. La qualité...97 III.7.5. L efficience...98 Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 12

13 Sommaire III.7.6. Les bases du modèle d évaluation intégrée des risques...98 III.7.7. Contribution méthodologique de ce modèle au processus global de l EDR...98 IV MÉTHODES QUANTITATIVES D ÉVALUATION DU RISQUE MICROBIOLOGIQUE (MQERM) IV.1. Généralités IV.2. Les principaux agents pathogènes IV.2.1. Les protozoaires IV.3. les pathologies infectieuses : un indicateur de risques microbiologiques IV.3.1. Les populations à risque IV.3.2. Infections véhiculées par l'eau IV.3.3. Les germes multirésistants aux antibiotiques : les infections nosocomiales IV.4. La démarche générale de l EDR et les MQERM IV.4.1. Les particularités du risque microbiologique IV.4.2. Rappels sur la chaîne épidémiologique IV.4.3. Rappels sur la démarche générale de l évaluation des risques sanitaires V. LES INCERTITUDES V.1. La prise en compte des incertitudes V.2. Les incertitudes et les effets environnementaux V.3. les incertitudes et les effets sanitaires V.4. La gestion de l incertitude VI. CONCLUSION VI.1. La démarche générale de l EDR VI.2. Conclusions et objectifs CHAPITRE III ÉLABORATION DE MÉTHODODOLOGIES POUR L'ÉVALUATION DES RISQUES SANITAIRES ET ÉCOTOXICOLOGIQUES DES EFFLUENTS HOSPITALIERS I. INTRODUCTION I.1. Rappel de la problématique des effluents hospitaliers I.2. Justification de la réalisation d'une évaluation des risques sanitaires et écotoxicologiques 126 I.3. Objectifs et contribution de cette thèse II. ÉLABORATION DE LA MÉTHODOLOGIE D ÉVALUATION DES RISQUES SANITAIRES (ERS) - ETUDE D'UN SCÉNARIO FRÉQUEMMENT RENCONTRÉ DANS LES PED II.I. Présentation de la problématique générale de la gestion des effluents hospitaliers dans les PED II.2. Présentation des différentes étapes de l ERS et de la méthodologie proposée pour le cas étudié II.3. Identification du danger II.3.1. Etude du site et identification des polluants potentiels II.3.2. Sélection des polluants «traceurs» et connaissances disponibles sur leurs effets toxiques Sélection des polluants «traceurs» Connaissances disponibles sur les polluants «traceurs» II.3.3. Evaluation du danger II.4. Définition des relations dose-réponse (ou dose-effet) II.5. Evaluation de l'exposition II.5.1. Etude de la contamination potentielle des eaux de nappe situées sous le site Etude géologique et hydro-géologique de la région d implantation de l hôpital Etude géologique et hydro-géologique locale Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 13

14 Sommaire Cas particulier de l évaluation des concentrations en glutaraldéhyde et en chloroforme dans la nappe II.5.2. Définition des populations exposées via l étude des voies d exposition possibles II.5.3. Estimation quantitative de l exposition humaine (Calcul des Doses Moyenne Journalières (DMJ)) II.6. Caractérisation des risques II.6.1. Risques chimiques II.6.2. Caractérisation du risque microbiologique Aspects pratiques de la mise en œuvre de la méthodologie sur le site d'haïti Campagnes de prélèvements et analyses Campagne de prélèvement de Paramètres mesurés en 2002 à Port-au-Prince Première campagne de prélèvement de Deuxième campagne de prélèvement de III. ÉLABORATION DE LA MÉTHODOLOGIE D ÉVALUATION DES RISQUES ÉCOTOXICOLOGIQUES - ETUDE D'UN SCÉNARIO FRÉQUEMMENT RENCONTRÉ DANS LES PAYS INDUSTRIALISÉS III.1. Présentation de la problématique générale de la gestion des effluents hospitaliers dans les pays industrialisés III.3. Etape "Evaluation des dangers écotoxicologiques" III.4. Etape "Evaluation des risques écotoxicologiques" III.4.1. Formulation du problème a. Description du contexte de cette évaluation écotoxicologique b. Les espèces exposées et les écosystèmes concernés c. Elaboration du modèle conceptuel et choix des paramètres d évaluation III.4.2. Phase d analyse Caractéristiques générales du site d étude Prélèvement des échantillons Point de prélèvement des échantillons de la campagne de Horaire des prélèvements Méthode de prélèvement et traitements des échantillons Les paramètres mesurés en 2001 et leur protocole d exécution Campagne de prélèvements de Méthodes de détermination des paramètres physicochimiques Bactériologie Présentation des différents essais d écotoxicité utilisés L essai Microtox L essai Algue L essai Daphnie CHAPITRE IV APPLICATION DE LA MÉTHODOLOGIE ÉLABORÉE POUR L ÉVALUATION DES RISQUES SANITAIRES LIÉS AUX EFFLUENTS HOSPITALIERS SE TROUVANT EN MILIEU TROPICAL SEMI-URBANISÉ D UN PED I. INTRODUCTION II. RÉSULTATS DES ANALYSES DES EFFLUENTS DE LA FOSSE SEPTIQUE Analyses bactériologiques II.2. Résultats des analyses physicochimiques et bactériologiques des eaux de la nappe II.3. Estimation des AOX, des solvants chlorés et du glutaraldéhyde dans les eaux de la nappe III. Evaluation des dangers pour la santé humaine Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 14

15 Sommaire IV. CARACTÉRISATION DES RISQUES POUR LA SANTÉ HUMAINE IV.1. Risques microbiologiques V.2. Risques Chimiques V. CONCLUSION CHAPITRE V APPLICATION DE LA MÉTHODOLOGIE ÉLABORÉE POUR L ÉVALUATION DES RISQUES ÉCOTOXICOLOGIQUES LIÉS AUX EFFLUENTS HOSPITALIERS D UNE VILLE D UN PAYS DÉVELOPPÉ TEMPÉRÉ I. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS II. ECOTOXICOLOGICAL RISK ASSESSMENT OF HOSPITAL WASTEWATER : A PROPOSED FRAMEWORK FOR RAW EFFLUENTS DISCHARGING INTO URBAN SEWER NETWORK Abstract I. Introduction II. Effects of hospital wastewater on aquatic ecosystems III. Hazard assessment IV. Methodological approach for the ecological risk assessment Problem formulation Description of the context of ecotoxicological risk assessment Development of the conceptual model and choice of the parameters of evaluation Analysis phase Analysis phase: characterization of exposure and ecotoxicological effects General characteristics of studied site Effluents sampling Physicochemical analysis Microbiological analysis Toxicity test procedures Risk characterization phase V. Application of the step to the effluents of the studied hospital Results of the physicochemical analysis Microbiological characterization Ecotoxicological characterization of ITDD wastewater Hazard assessment Ecotoxicological risk assessment Impacts on the WWTP Impacts on the natural aquatic ecosystems Conclusion References CHAPITRE VI ETUDE SPECIFIQUE SUR LE DEVENIR DE DEUX DESINFECTANTS LARGEMENT UTILISÉS DANS LES HÔPITAUX : L HYPOCHLORITE DE SODIUM ET LE GLUTARALDEHYDE I. INTRODUCTION II. TOXICOLOGICAL EFFECTS OF SODIUM HYPOCHLORITE DISINFECTIONS ON AQUATIC ORGANISMS AND ITS CONTRIBUTION TO AOX FORMATION IN HOSPITAL WASTEWATER II.1. Abstract II.2. Introduction II.3. The chemistry and toxicology of chlorinated disinfectants in water and wastewater II.3.1. Chemical behavior of chlorinated disinfectants Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 15

16 Sommaire II.3.2. Environmental fate and toxicological effects of chlorinated disinfectants II.4. Materials and methods II.4.1. Sampling and ph measurements II.4.2. Chemical analysis II.4.3. Toxicity test procedures II.4.4. Statistical data analysis II.5. Results II.5.1. Physicochemical characterization of ITDD wastewater II.5.2. Microbiological and toxicological characterizations of ITDD wastewater II.6. Discussion II.6.1. Relationship between COD and TOC II.6.2. Influence of chloride on AOX formation and toxicity on aquatic organisms II.6.3. Acute toxicity of physicochemical parameters of the ITDD effluents on the aquatic organisms II.7. Conclusion References III. FATE OF GLUTARALDEHYDE IN HOSPITAL WASTEWATER AND COMBINED EFFECTS OF GLUTARALDEHYDE AND SURFACTANTS ON AQUATIC ORGANISMS III.1. Abstract III.2. Introduction III.3. Theory III.3.1. Chemistry and toxicology of GA and surfactants mixtures Chemistry and toxicology of GA Chemical structures and toxicological effects of surfactants III.3.2. GA partitioning behaviour Solid/water Micelle/water Air/water III.4. Experimental section Step Step Toxicity test procedures EC 50 calculations and analysis of combined toxicity of mixtures III.5. Result III.5.1. Toxicity of GA and surfactants III.5.2. Toxicity studies of mixtures Vibrio fischeri Daphnia III.6. Discussion III.7. Conclusion CONCLUSION GÉNÉRALE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES GLOSSAIRE Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 16

17 Table des illustrations Liste des tableaux Tableau 1 : Classification des hôpitaux par nombre de lits actifs (AHA, 1986) Tableau 2 : Les principaux tests utilisés dans la microbiologique des effluents Tableau 3 : Les paramètres physico-chimiques globaux et leur protocole d'exécution Tableau 4 : Normes relatives à l estimation de la radioactivité Tableau 5 : ¼ Dose Annuelle Admissible des radioéléments utilisés en médecine nucléaire Tableau 6 : Principaux essais mono spécifiques normalisés Tableau 7 : Ecotoxicité aquatique du glutaraldéhyde (NICNAS, 1994) Tableau 8 : Présence des hormones sexuelles dans l environnement Tableau 9 : Présence des antibiotiques dans l environnement Tableau 10 : Présence des antitumoraux dans l environnement Tableau 11 : Toxicité des médicaments sur les organismes aquatiques Tableau 12 : Valeurs limites pour le rejet des micro polluants Tableau 13: Classification du caractère cancérogène des substances chimiques Tableau 14 : Variables des relations dose-effet d agents pathogènes (HAAS et EISENBERG, 2001) Tableau 15 : Les effets économiques et sociaux pouvant résulter de l exposition des E.H Tableau 16 : Traceurs retenus pour l'étude sanitaire des effluents hospitaliers Tableau 17 : Valeurs seuils retenues pour la caractérisation du danger sanitaire lié à la consommation des eaux de nappe Tableau 18 : Valeurs des DJA pour les traceurs sélectionnés Tableau 19 : Paramètres mesurés en 2002 à Port-au-Prince Tableau 20: Synthèse des valeurs seuils retenues Tableau 21: les écosystèmes concernés Tableau 22 : Données techniques sur les regards et les conduites hydrauliques Tableau 23 : les paramètres mesurés en 2001 et les laboratoire d exécution Tableau 24 : les paramètres dosés en 2002 et les laboratoires de réalisation Tableau 25: Résultats de la Caractérisation physicochimique et bactériologique des effluents de la fosse septique Tableau 26 : Analyses bactériologiques des effluents hospitaliers Tableau 27 : Résultats de la Caractérisation physicochimique et bactériologique des eaux de la nappe phréatique Tableau 28 : Valeurs estimées pour les AOX, les solvants chlorés et le glutaraldéhyde Tableau 29: Comparaison des concentrations maximales mesurées ou estimées avec les valeurs seuils Tableau 30 : Risque calculé pour les substances à effet de seuil : Tableau 31 : Risque cancérigène Tableau 32 : Comparaison des concentrations maximales mesurées avec les valeurs seuils Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 17

18 Table des illustrations Liste des figures Figure 1 : La problématique des effluents hospitaliers Figure 2 : Circuit de contamination des écosystèmes aquatiques par les médicaments utilisés dans la médecine humaine et vétérinaire (DIAZ-CRUZ et al., 2003) Figure 3 : Impacts des activités humaines sur les écosystèmes (Rousseaux, 1993) [adaptée dans le cadre de cette étude sur les effluents hospitalier] Figure 4 : Résumé de l étude bibliographique sur les effluents hospitaliers et définition de l objectif général de la thèse Figure 5 : Schéma général de l évaluation du risque sanitaire : le modèle de la National Academy of Sciences (1983) Figure 6: Schéma général d évaluation du risque écologique : le modèle de l EPA (1992a) Figure 7: Schéma général d évaluation du risque écologique révisé (EPA, 1998) Figure 8 : Schéma général de l évaluation de l écocompatibilité des déchets (Mayeux et Perrodin, 1996) Figure 9 : Représentation schématique du scénario 1 de la méthodologie de l écocompatibilité des déchets (PERRODIN et al., 2000) Figure 10 : Le cycle de vie d une substance chimique (SUTER et al., 2001) Figure 11 : La division des pénicillines Figure 12: Comparaison des résultats de relation dose-réponse obtenus à partir des modèles exponentiel et Bêta-Poisson (HAAS et EISENBERG, 2001) Figure 13: Mode de gestion des effluents liquides hospitaliers observé dans une grande ville du Sud- Est de la France Figure 14 : Mode de gestion des effluents liquides de certains hôpitaux de Port-au-Prince en Haïti..122 Figure 15 : Les principaux écosystèmes pouvant être exposés aux effluents hospitaliers Figure 16 : Synthèse de l'approche de l'évaluation des risques et l objectif général de cette étude Figure 17 : Problématique des EH déversés directement dans le milieu naturel Figure 18 : Représentation graphique du scénario étudié Figure 19 : Logigramme élaboré pour la démarche d évaluation des dangers sanitaires liés aux effluents hospitaliers et les suites à donner Figure 20: Coupe géologique du bassin versant de la PCS (BUTTERLIN, 1960) Figure 21 : Coupe géologique du bassin versant de la PCS (DESREUMAUX, 1987) Figure 22 : Mécanisme hydrogéologique de l aquifère (SIMONOT, 1982) Figure 23 : Plan de tubage du forage d AEP de l hôpital Figure 24: Circulation des flux sur le site d étude Figure 25 : Problématique des effluents hospitaliers dans les pays industrialisés Figure 26: Logigramme de la démarche élaborée pour l évaluation des dangers écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 18

19 Table des illustrations Figure 27: Présentation synthétique du scénario étudié Figure 28: Modèle conceptuel du scénario étudié Figure 29 : Vue en plan des deux regards (dessin non à l échelle) Figure 30 : Vue de la coupe transversale «AA» du regard R 2 (dessin non à l échelle) Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 19

20 Publications Publications Publications dans des revues avec comité de lecture EVENS EMMANUEL, JEAN-MARIE BLANCHARD, GERARD KECK, YVES PERRODIN Caractérisation chimique, biologique et écotoxicologique des effluents hospitaliers. Déchets Sciences et Techniques, revue francophone d écologie industrielle, 2001, 22: EVENS EMMANUEL, JEAN-MARIE BLANCHARD, GERARD KECK, PAUL VERMANDE, YVES PERRODIN Toxicological effects of sodium hypochlorite disinfections on aquatic organisms and its contribution to AOX formation in hospital wastewater (Accepted : Journal of Environment International, décembre 2003). EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, JEAN-MARIE BLANCHARD, GERARD KECK, PAUL VERMANDE Contribution méthodologique à l évaluation des risques écotoxicologiques liés aux effluents hospitaliers (Submitted : Déchets Sciences et Techniques, revue francophone d écologie industrielle, novembre. 2003). EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, JEAN-MARIE BLANCHARD, GERARD KECK, PAUL VERMANDE Ecotoxicological risk assessment of hospital wastewater : a proposed framework for raw effluents discharging into urban sewer network. ( Submitted: Journal of Hazardous Materials, décembre 2003). EVENS EMMANUEL, KHALIL HANNA, CHRISTINE BAZIN, GERARD KECK, BERNARD CLEMENT, YVES PERRODIN Fate of glutaraldehyde in hospital wastewater and combined effects of glutaraldehyde and surfactants on aquatic organisms. ( à soumettre : Journal of Environment International). Communications orales dans des conférences internationales EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, GERARD KECK, JEAN-MARIE BLANCHARD, PAUL VERMANDE Effects of hospital wastewater on aquatic ecosystem. Proceedings of the XXVIII Congreso Interamericano de Ingenieria Sanitaria y Ambiental. Cancun, México, de octubre, CDROM. EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, GÉRARD KECK, JEAN-MARIE BLANCHARD, PAUL VERMANDE Ecotoxicity of hospital wastewater: use of chlorides as tracers of the polluted substances on Daphnia. Proceedings of the Water Environment Federation 75 th annual conference and exposition. Chicago, September 28 - October 2, CDROM. EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, GERARD KECK, JEAN-MARIE BLANCHARD, PAUL VERMANDE Analyse statistique des données obtenues pour quatre paramètres de suivi des effluents hospitaliers Utilisation des chlorures comme indicateurs de leur écotoxicité aiguë. In: EMMANUEL E. ET VERMANDE P. Actes du Colloque International Gestion Intégrée de l Eau en Haïti. Laboratoire de Qualité de l Eau et de l Environnement, Université Quisqueya, Port-au-Prince, Présentation de posters dans des conférences internationales EVENS EMMANUEL, YVES PERRODIN, GERARD KECK, JEAN-MARIE BLANCHARD, PAUL VERMANDE Analyse statistique des données obtenues pour quatre paramètres de suivi des effluents hospitaliers Thèse E. EMMANUEL 2003 L.S.E. ENTPE ; LAEPSI INSA de Lyon 20