Do or dye : les colorants synthétiques présents dans les eaux usées constituent une menace pour les chaînes alimentaires du monde entier

Des milliards de tonnes d'eaux usées contenant des colorants pénètrent chaque année dans les systèmes d'approvisionnement en eau, et un groupe de chercheurs du Royaume-Uni, de Chine, de Corée et de Belgique affirme que de nouvelles technologies durables, notamment de nouvelles membranes de filtration à l'échelle nanométrique, sont nécessaires pour résoudre le problème, ajoutant qu'une législation est nécessaire pour obliger les producteurs industriels à éliminer les colorants avant qu'ils n'atteignent les systèmes d'égouts publics ou les cours d'eau.

Publiée dans Nature Reviews Earth & Environment, l'étude Environmental impacts and remediation of dye-containing wastewater a été rédigée par des universitaires de l'université de Bath, de l'académie chinoise des sciences, de l'université d'agriculture et de sylviculture de Fujian, de l'institut coréen de technologie énergétique (KENTECH) et de l'université catholique de Louvain, en Belgique.

La recherche souligne qu'actuellement, jusqu'à 80 % des eaux usées industrielles contenant des colorants créées dans les pays à revenu faible ou intermédiaire sont rejetées sans traitement dans les cours d'eau ou utilisées directement pour l'irrigation. Selon les auteurs, cette situation représente un large éventail de menaces directes et indirectes pour la santé humaine, animale et végétale.

Malgré ces menaces "graves" pour la santé et les écosystèmes, les auteurs soulignent l'insuffisance des infrastructures, des investissements et des efforts réglementaires pour rendre l'utilisation des colorants plus durable ou pour traiter les eaux usées contenant des colorants.

Ming Xie, maître de conférences au département d'ingénierie chimique de l'université de Bath (Royaume-Uni), estime qu'une approche multidimensionnelle est nécessaire pour lutter contre ce problème. Il explique : "Les colorants posent plusieurs problèmes lorsqu'ils atteignent les systèmes d'eau : ils empêchent la lumière d'atteindre les micro-organismes qui constituent le fondement de nos chaînes alimentaires, empêchent leur reproduction et leur croissance, et ont des conséquences plus directes, comme les effets toxiques sur les plantes, les sols, les animaux et les êtres humains.

"Il existe plusieurs moyens d'éliminer les colorants de l'eau, notamment des techniques chimiques, biologiques et membranaires, mais des colorants différents nécessitent des approches différentes et, une fois qu'ils atteignent les systèmes de traitement des eaux usées, les processus de traitement peuvent être très énergivores.

"Un effort réglementaire mondial est nécessaire pour empêcher les colorants d'atteindre les eaux usées ou d'autres systèmes d'eau tels que l'irrigation. Compte tenu de la complexité du traitement des eaux usées contenant des colorants, une solution consisterait à passer du concept de méthodes de traitement centralisées ou régionales à un traitement décentralisé et spécifique à la source, en obligeant les industries à éliminer les colorants des eaux usées qu'elles produisent avant qu'elles n'atteignent les réseaux d'eau publics".

L'industrie textile est le plus gros consommateur de colorants

La mauveine, le premier colorant organique synthétique, a été découverte en 1865, entraînant la création de l'industrie mondiale des colorants. Depuis lors, plus de 10 000 types de colorants différents ont été synthétisés, la production annuelle mondiale étant aujourd'hui estimée à 1 million de tonnes.

Les colorants sont utilisés dans les industries du caoutchouc, du tannage du cuir, du papier, de l'alimentation, des produits pharmaceutiques et des cosmétiques. Le plus gros utilisateur, l'industrie textile, consomme 80 % des colorants synthétiques produits et génère environ 70 milliards de tonnes d'eaux usées contenant des colorants par an.

La Chine, l'Inde et le Bangladesh combinés rejettent environ 3,5 milliards de tonnes d'eaux usées textiles chaque année. La contamination de l'eau est aggravée par les colorants synthétiques, ce qui, compte tenu des problèmes de pénurie d'eau, fait des colorants un enjeu fondamental pour l'environnement et le développement durable.

Les colorants non traités provoquent la coloration des masses d'eau, réduisant la quantité de lumière visible qui passe à travers la couche superficielle, ce qui entrave la photosynthèse des plantes aquatiques et a des répercussions sur la chaîne alimentaire.

Les microalgues, qui constituent la base de la chaîne alimentaire aquatique, sont les plus sensibles à la réduction de la photosynthèse et souffrent d'une inhibition de la croissance et d'une déformation des cellules lorsqu'elles sont exposées à un colorant synthétique. Cet effet, ainsi que la suppression du transfert d'énergie et de nutriments vers le haut de la chaîne alimentaire, pourrait entraîner l'effondrement d'écosystèmes aquatiques entiers.

Ces effets ont également été observés chez les poissons. Les colorants peuvent se déposer dans les branchies, les lignes latérales ou le cerveau des poissons, entraînant des effets toxicologiques tels que des mouvements désordonnés, une détresse respiratoire, des lésions hépatiques et des dysfonctionnements rénaux. Ces effets réduisent non seulement la valeur nutritionnelle des poissons pour les prédateurs, mais aussi leur taux de reproduction. Les colorants toxiques peuvent également se bioaccumuler dans les tissus adipeux des poissons, ce qui présente des risques pour la santé des humains et des animaux tout au long de la chaîne alimentaire.

Les colorants ont également des effets négatifs sur la terre - où ils perturbent l'équilibre des communautés microbiennes dans le sol - et sur l'homme. L'exposition aux colorants peut déclencher des allergies, de l'asthme et des maladies, notamment des dermatites et des troubles du système nerveux central, ainsi que des dysfonctionnements organiques et un risque accru de cancer.

Aucun traitement unique n'offre de solution

L'étude explore la variété des technologies d'assainissement des eaux usées contenant des colorants, y compris les techniques chimiques, biologiques, physiques et les nouvelles techniques avancées à base de membranes. Les auteurs ont constaté qu'aucune technique n'offre de solution miracle pour éliminer les colorants, et que plusieurs méthodes prometteuses ne sont pas encore technologiquement prêtes à être appliquées à grande échelle.

À la lumière de ce constat, ils suggèrent un effort collectif, mené par les décideurs politiques, pour accroître l'adoption de technologies avancées de remédiation et modifier les méthodes de traitement des textiles afin de minimiser l'utilisation des colorants les plus toxiques.

Les auteurs soulignent également une impulsion commerciale potentielle - la possibilité pour les industries de créer de nouvelles sources de revenus à partir du traitement, de la séparation et de la réutilisation des matériaux des eaux usées.

Le Dr Dong Han Seo, co-auteur de l'étude et membre du groupe KENTECH Energy Materials and Devices/Environmental and Climate Technology Track, déclare : "Les eaux usées contenant des colorants sont l'un des flux d'eaux usées les plus difficiles à traiter, car elles ont un impact sur la vie et l'environnement dans plusieurs pays. Notre étude fournit les dernières informations sur la manière dont nous pouvons gérer efficacement ce défi du point de vue de l'économie circulaire, en recyclant efficacement les colorants des eaux usées à l'aide de stratégies de traitement telles que la séparation avancée par membrane pour récupérer à la fois les colorants utiles et l'eau propre."

Le Dr Jiuyang Lin, de l'Académie chinoise des sciences, ajoute : "Cette étude fournit des exemples sur la manière dont nous pouvons réduire l'empreinte des colorants dans les étapes de production en utilisant de nouvelles techniques de teinture. Les conseils sur les solutions efficaces pour les eaux usées contenant des colorants pourraient être utilisés pour traiter d'autres flux d'eaux usées difficiles, en préservant les vies et l'environnement pour les générations futures."