Implications of maize fertigation with treated domestic wastewater on soil heavy metal contamination and health risks

Dans de nombreuses parties du monde, l'eau douce devient de plus en plus difficile à trouver, tandis que le besoin de produire de la nourriture ne cesse de croître. Une solution pratique que les agriculteurs et les urbanistes explorent est la réutilisation des eaux usées domestiques traitées pour l'irrigation. Cette eau, qui a passé des systèmes de traitement pour éliminer les agents pathogènes nocifs et les déchets organiques, contient toujours des nutriments comme l'azote et le phosphore dont les plantes ont besoin pour croître. Cependant, cette réutilisation s'accompagne d'une préoccupation cachée : l'eau domestique transporte souvent des traces de métaux lourds provenant de produits du quotidien tels que les détergents, les cosmétiques et la plomberie. Bien que ces métaux soient présents en quantités infimes, ils ne se décomposent pas. Avec le temps, ils peuvent s'accumuler dans le sol et passer dans les cultures que nous mangeons. La question centrale pour les scientifiques est de savoir si l'utilisation de cette eau traitée sur des cultures de base comme le maïs crée un nouveau danger, ou si les risques sont déjà présents dans l'environnement quel que soit la source d'eau.

Un chercheur de l'Université d'Ardhi à Dar es Salaam, en Tanzanie, s'est donné pour mission de répondre à cette question en faisant pousser du maïs dans des conditions contrôlées. Il voulait voir si l'irrigation avec des eaux usées domestiques traitées provoquerait une accumulation de métaux lourds dans le sol ou dans les grains de maïs plus importante qu'en utilisant de l'eau du robinet propre. Pour ce faire, il a planté du maïs dans une serre de protection afin d'empêcher la pluie d'interférer avec ses résultats. Il a divisé les parcelles en deux groupes : un groupe recevait les eaux usées domestiques traitées, tandis que l'autre recevait de l'eau du robinet propre. Les deux groupes étaient arrosés à l'aide d'un système de goutte-à-goutte pour garantir que les plantes reçoivent des quantités constantes. Le chercheur a ensuite mesuré soigneusement les niveaux de six métaux lourds spécifiques — le plomb, le chrome, le cadmium, le cuivre, le zinc et le nickel — dans le sol à différentes profondeurs et dans les grains de maïs récoltés. Il a également calculé la quantité de ces métaux qu'une personne pourrait consommer en mangeant le maïs et a estimé les risques sanitaires potentiels pour les adultes et les enfants.

L'étude a révélé un tableau complexe où la source de l'eau n'était pas le principal moteur de la contamination. Lorsque le chercheur a analysé le sol, il a constaté que les eaux usées domestiques traitées n'augmentaient pas de manière significative la quantité de métaux lourds par rapport à l'eau propre. En fait, pour certains métaux comme le cadmium et le nickel, le sol irrigué avec les eaux usées présentait des concentrations inférieures à celles des parcelles de contrôle. Cependant, le sol montrait des signes d'enrichissement modéré en cuivre, en zinc et en chrome, et il y avait une anomalie surprenante concernant le plomb. Si les niveaux de plomb étaient bas près de la surface, ils ont grimpé de manière spectaculaire dans les couches plus profondes du sol des parcelles d'eaux usées, suggérant que le métal se déplace vers le bas à travers le profil du sol d'une manière qui n'est pas encore totalement comprise. Malgré ces variations, les niveaux de pollution globale dans les parcelles traitées n'étaient pas statistiquement différents de ceux des parcelles d'eau propre, indiquant que les eaux usées elles-mêmes n'étaient pas le principal coupable ajoutant de nouvelles toxines au sol.

La situation était différente lorsque le chercheur a examiné les grains de maïs eux-mêmes. Indépendamment du fait que le maïs ait été arrosé avec des eaux usées domestiques traitées ou avec de l'eau du robinet propre, les grains contenaient des niveaux dangereux de plusieurs métaux lourds. Les niveaux de plomb dans le maïs atteignaient en moyenne 2,21 milligrammes par kilogramme, ce qui est bien au-dessus de la limite de sécurité de 0,2 milligramme par kilogramme fixée par les organisations de santé internationales. Le chrome et le zinc dépassaient également les seuils de sécurité dans les deux groupes. Cette découverte suggère que la contamination était déjà présente dans l'environnement ou dans le sol avant le début de l'expérience, plutôt que d'être introduite par l'eau d'irrigation. Les plantes absorbaient ces métaux à partir du sol, quelle que soit la source d'eau. Le seul métal que le maïs n'a pas absorbé de manière significative était le cadmium, qui est resté indétectable dans les grains.

Le chercheur a également examiné la facilité avec laquelle les plantes absorbent ces métaux du sol, un processus appelé bioaccumulation. Il a constaté que pour la plupart des métaux, les plantes ne transféraient pas beaucoup de la contamination dans le grain comestible. L'exception était le zinc, que le maïs absorbait facilement, montrant un fort potentiel d'accumulation. Cela signifie que si le sol peut retenir de nombreux métaux lourais, le zinc circule facilement dans la nourriture que nous mangeons. Lorsque l'équipe a calculé les risques sanitaires associés à la consommation de ce maïs, les résultats ont pointé une vulnérabilité claire : les enfants. Parce que les enfants ont des corps plus petits mais consomment souvent des quantités de nourriture similaires par rapport à leur taille, ils font face à une ingestion quotidienne de ces métaux bien plus élevée que les adultes. L'étude a révélé que le plomb et le nickel étaient les principaux contributeurs aux risques sanitaires non cancéreux, tandis que le nickel et le chrome représentaient la plus grande menace pour les risques de cancer à long terme.

La conclusion la plus frappante de l'étude est peut-être que le maïs cultivé avec de l'eau du robinet propre présentait des risques sanitaires égaux ou même plus élevés que le maïs cultivé avec des eaux usées domestiques traitées. Les scores de risque total pour les enfants consommant du maïs provenant des parcelles d'eau propre étaient plus élevés que ceux des parcelles d'eaux usées. Cela indique que la pollution de fond dans le sol et l'environnement général est le véritable problème, et non la réutilisation de l'eau traitée. Les eaux usées traitées n'ont pas aggravé la situation ; dans certains cas, elles semblaient même légèrement plus sûres que l'alternative. L'étude suggère que les métaux lourds trouvés dans la nourriture proviennent d'autres sources que l'eau d'irrigation, possiblement de la géologie naturelle de la région ou d'autres formes de pollution environnementale.

Enfin, cette recherche souligne que si la réutilisation des eaux usées traitées est une stratégie viable pour la conservation de l'eau, elle ne résout pas le problème plus large de la contamination des aliments par les métaux lourds. La présence de métaux dangereux dans les cultures de base comme le maïs est un problème systémique qui existe indépendamment de l'eau utilisée pour les cultiver. Les résultats appellent à un changement de priorité : ne plus blâmer les eaux usées, mais s'attaquer aux sources sous-jacentes de pollution dans les sols et les systèmes aquatiques. Protéger la santé publique, en particulier pour le groupe le plus vulnérable, les enfants, nécessitera un suivi intégré de la qualité de l'eau et du sol, ainsi que des efforts ciblés pour assainir l'environnement. L'étude confirme que la source d'eau n'est pas le seul déterminant de la sécurité, et qu'une approche globale est nécessaire pour garantir que la nourriture que nous mangeons reste sûre pour tous.