Brevet FR2331024A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne un procédé et un appareillage pour la détection des pollutions chimiques dans les eaux. La pollution des eaux est un phénomène complexe, étant donné la multiplicité des substances déversées ou rejetées dans les eaux, et cela d'autant plus qu'apparaissent chaque jour sur le marché de nouveaux produits. Aussi, les méthodes classiques aussi bien de détection que de dosage s'avèrent-elles être souvent inefficaces. Une analyse chimique permet de connaître la composition d'une eau polluée, mais elle ne peut renseigner en aucune manière sur l'action de cette eau vis-à-vis des organismes vivants (voir par exemple CHARDON; le Poisson, test de pollution des eaux usées, J.F. Editions Impressions, touloupe). Or, c'est précisément cette dernière action qu'il est utile de connaître; et pour procéder à la surveillance continue d'une eau, l'analyse chimique n'est pas utilisable car, même si on arrive à doser les diverses substances que contient une eau, la toxicité de chacune d'elles est souvent inconnue (voir DOUDOROFF et collez Bio-assay methods for the evaluation of acute toxicity of industrial wastes to fish, Servage and Indust. Wastes, 23, 11, 1380-1397). De plus, les phénomènes synergiques ne doivent pas être négligés et restent meAme souvent imprévisibles. Il ne faut en effet pas oublier qu'une substance qui se trouverait dans l'eau à une concentration trop faible pour être toxique peut voir sa nocivité accrue considérablement par la présence d'autres produits. En autres termes, des substances qui, prises isolément, n1ont aucune action sur les organismes vivants, notamment sur la vie aquatique, peuvent être toxiques, di fait de leurs actions conjuguées lorsqu'elles sont plusieurs à être mises en présence simultanément. I1 en résulte que les seuls tests pratiques et utiles pour la détection des pollutions chimiques dans les eaux sont les tests biologiques. Le matérial vivant de ces tests biologiques est le plus souvent le poisson, mais il a été aussi utilisé des invertébrés aquatiques, tels que des Crustacés (DaDhnia magna, Asellus), des Mollusques (Stagnicola reflexa), des Annélides du genre Tubifex, mais aussi des Protozoaires CiM4i, ainsi que, dans certaines conditions particulières, des algues et des plantes aquatiques. Dans la suite du présent contexte, les tests biologioues utilisant le poisson sont dénommés "tests-poissons". Parmi les poissons les plus fréquemment utilisés, on peut citer Salmo gairdneri, mais aussi Carassius auratus, Phoxinus laevis, yprinus carpio, lepomis macrochirus, et PimeDhales promelas. Depuis longtempsdes chercheurs se sont préoccupés de la détection des pollutions par des tests-poissons, en prenant pour critères la mortalité au cours d'un séjour des poissons dans une solution de produit polluant connu, l'endurance à la nage ou la variation du seuil de sensibilité à divers types de décharges électriques et autres, l'endurance à la nage étant l'un des critères les plus 'utilisés. Des appareils pour tester les pollutions des eaux, ciaprès dénommés testeurs, opérant avec un courant d'eau rectiligne ont été mis au point, notamment par THOMAS, EURROWS et CHENOWETH (A device for Stamina measurement of fingerling salmonids, U.S. Fish Wildl. Serv. Res. Rep. 67, 1-15, 1964), les poissons étant alors soumis à un courant d'eau de vitesse réglable de 30 à 150 cm/s, dans un tube en Plexiglass. Un testeur de conception voisine est celui mis au point par Badge (J. Fish, Res. Board Canada, 24,5, 1117-1153, lu67) et dans lequel les poissons doivent lutter contre un courant d'eau uniforme et réglable, dans une auge. On mesure le temps au bout duquel le poisson fatigué sera entraîné par le courant.HORAK (J. Fish Res. Board Canada, 29, 1005-1009, 1972) a mis en oeuvre le testeur de THOMAS , cité plus haut, de façon à déterminer si la performance de nage du poisson dans un tunnel d'endurance est un critère valable des chances de survie dans la nature pour les Salmonidés. D'autre part, pour détecter des doses sub-létales d'hydroxyde de méthyl mercure, LINDAHL et SCHWANDOM (OIKOS, 22,2, 210214, 1971) ont réalisé un test dans lequel le poisson est introduit dans un tube étroit où l'eau est amenée d'un mouvement circulaire autour de la direction du courant. Selon ce test, on note le nombre maximum de "révolutions/minute" au-delà duquel le poisson est incapable de lutter et est alors entratné par le courant, dont la direction est rectiligne. On peut encore citer le testeur de EESCH et JUHNKE (Ann. LIMNOL. 7, 1, 1-5, 1971) , q-i comprend un canal de section elliptique, où les poissons sont limités entre 2 grillages sur la partie la plus rectiligne de l'ellipse. Des cellules photoéfectriques permettent d'enregistrer le comportement des poissons. Selon Mac Leod (J. Ffth Res. Board Canada, 24 ,6, 1241-1252, 1967),on peut aussi utiliser un canal de section elliptique pour mesurer les vitesses maximales de nage de petits poissons, ces poissons étant contraints à nager dans un courant de vitesse supérieure à leur vitesse maximale de nage, ce qui les fait reculer dans le canal. Parmi les tests à courant d'eau circulaire, on peut citer celui mis au point par PYI;F; (A rotating, annular trough for exercising trout (in Cortland Hatchery Report n034), Fish. Res. Bull. nO 29, 1966) et comprenant un canal annulaire dans lequel le courant d'eau est provoqué par la rotation du canal luimême; un projecteur fixé au-dessus du canal joue le rôle d'un stimulant pour forcer le poisson à nager; mais PYLE lui-même indique bien que cette stimulation est inefficace et il conseille & utiliser plutôt des grilles électrifiées.On peut citer également le test mis au point par BRUNET (Rapport de synthèse sur le fonctionnement de l'appareil de détection des pollutions, Région Piscicole Midi-Pyrénées, oulouse, 1974) et utilisant un testeur alimenté en continu par l'eau de la rivière que lton soupçonne d'être polluée; le poisson nage dans un entonnoir dans lequel un vortex est créé et entretenu par une alimentation tangentielle qui imprime à la masse d'eau un mouvement circulaire. Le poisson lutte contre l'aspiration créée par le vortex, jusqu'à épuisement; il est alors aspiré vers l'orifice de l'entonnoir et bouche celui-ci; le niveau de l'eau monte alors dans l'appareil et un flotte-ur déclenche électriquement un signal d'alarme, en même temps qu'il coupe mécaniquement l'arrivée d'eau. Mais ce test permet seulement de signaler le passage d'une onde toxique aiguë sur les populations ichtyaires. On a maintenant trouvé que l'on peut, au moyen d'un testeur à courant d'eau circulaire, qui sera défini plus loin, détecter et apprécier dans leur ampleur des pollutions à des doses sub-létales chez le polisson, notamment la truite arc-enciel Salmo gairdneri. Ce testeur est véritablement le premier qui soit utilisable pratiquement et permette d'inférer dans le temps les altérations de la qualité de 11 eau, notamment de détecter et d'apprécier l'ampleur de pollutions par des substances toxiques à des doses létales ou sub-létales. premier l'invention a pout tbaet un Un testeur à courant d'eau cir- culaire, adapté pour la détection et l'appréciation de 1 t ampleur des pollutions de l'eau à des doses létales ou sub-létales chez le polisson, carac'érisé en ce qu'il comprend un entonnoir vertical dans lequel on crée un vortex et dont la base communique avec un réservoir du liquide à tester et avec une pompe assortie éventuellement d'un régulateur de débit, ledit entonnoir contenant le poisson et étant en équilibre hydrostatique avec ledit réservoir, ainsi qu'une sonde placée au-dessus du niveau normal du liquide dans l'entonnoir et reliée électriquement par son extrémité supérieure au bord de l'entonnoir, à la pompe et éventuellement à un dispositif de comptage du temps, de telle sorte que, lorsque le niveau du liquide monte dans l'entonnoir dont le fond est obstrué par le poisson épuisé, la sonde se trouve immergée et le circuit électrique sonde-eau-entonnoir s'établit, ce qui a pour effet d'interrompre simultanément la pompe, ainsi que le dispositif- de comptage du temps éventuellement présent. L'invention a également pour objet un procédé pour la détection et l'appxéciation de l'ampleur des pollutions de l'eau à des doses létales ou sub-létales chez le poisson, selon lequel on place ledit poisson dans un entonnoir dans lequel on crée et on entretient un vortex par une alimentation tangentielle en liquide à tester, imprimant à la masse du liquide dans l'en- tonnoir un mouvement circulaire; ledit liquide étant introduit en continu dans ledit entonnoir par pompage à partir d'un réservoir en équilibre hydrostatique avec ledit entonnoir, et en ce que, lorsque le poisson, qui ne résiste plus à l'aspiration du vortex, vient à boucher le fond dudit entonnoir, le niveau du liquide monte dans l'entonnoir et coupe le dispositif de pompage, ainsi qu'un appareil de comptage du temps éventuellement présent. Le testeur et le procédé selon l'invention comprennent avantageusement un moyen pour la régulation du débit, interposé entre le dispositif de pompage et I'entonoir, dans le circuit d'alimentation en liquide à tester de celui-ci. Selon une variante particulièrement avantageuse de réalisation du testeur selon l'invention, celui-ci comprend des marques de repérage ayant pour but d'inciter le poisson à la nage et constituées de préférence de bandes formant une croix sur le fond de ltentonnoir et centrées sur l'orifice de celuici. De préférence, le poisson utilisé est une truite arc-enciel Salmo gairdneri, qui est l'un des poissons les plus représentatifs du type de cours d'eau que l'on trouve en zone tem- pérée. Mais il est entendu que tout autre poisson approprié peut être utilisé, notamment un poisson choisi parmi ceux mentionnés plus haut; le matériel vivant du testeur selon l'invention peut même être, pour autant que de besoin, un quelconque des organismes vivants susceptibles de nager dans un courant d'eau, notamment l'un de ceux mentionnés plus haut. On préfère cependant tout particulièrement la truite arcen-ciel Salmo gairdneri, pour la raison invoquée ci-dessus, et c'est en référence à celle-ci que, pour simplifier, le testeur et le procédé selon l'invention seront décrits plus en détail dans la suite du présent contexte. Une autre raison du choix de la truite arc-en-ciel est que l'élevage de celle-ci en pisciculture est à l'heure actuelle assez bien maitrisé, sur le plan tant de la reproduction que de la croissance, et que la truite arc-en-ciel est de ce fait assez répandue et peut être obtenue assez aisément; de plus, les Salmonidés ont un métabolisme exigeant des eaux fortement oxygénées; il en résulte une grande sensibilité vis-à-vis des facteurs extérieurs et en particu'ier vis-à-vis des substances toxiques qui sont susceptibles de se trouver dans l'eau.Parmi ces substances toxiques, il faut citer notamment les détergents, dont l'importance quantitative dans les eaux résiduaires est considérable:, Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il convient, chaque fois que de besoin, de déterminer dans un premier temps la dose létale se rapportant à la substance toxique visée; en pratique, on considère la DL 5o24 h, qui est la concentration en substance toxique qui tue en 24 heures 50% des poissons mis en expérimentation. La toxicité des substances contaminant l'eau, notamment des détergents, se manifeste par - une action directe, qui entraine des troubles graves chez -le poisson et souvent même la mort de celui-ci en très peu de temps; - une action indirecte, qui est la destruction pratiquement totale, même par des doses de substance contaminante très faibles, de la microflore et de la faune aquatiques. En ce qui concerne les détergents, ce sont en général des composés tensio-actifs qui peuvent modifier les échues es respi- ratoires au niveau des branchies du poisson et provoquer ainsi l'asphyxie de celui-ci, avec formation d'oedèmes dans les cellules épithéliales des lamelles b:anchiales et de thromboses dans les capillaires. Par la formation d'une pellicule de mousse qu'ils provoquent à la surface de l'eau ou par la variation qu'ils impriment au coefficient de réoxygénation, les détergents agissent soit en augmentant la toxicité d'autres substances, soit en diminuant l'activité photosynthétique des végétaux aquatiques. En poutrelles phosphates que peuvent encore contenir certains détergents sont en partie responsables de l'eutrophisation des lacs et des rivières lentes. même en ce qui concerne les détergents biodégradables actuellement mis au point, on ne sait pas grand chose des produits de leur dégradation et il est même permis de penser que ceux-ci pourraient s'avérer plus toxiques que ne le sont les détergents classiques, même réputés non biodégradables (MARCHETTI,la pollution des eaux. Quelques problèmes d'actualité, Collection de 1'A.N.R.e., Ed. Eyrolles, Gauthier-Villars, Paris, 185-218, 1966). L'invention est décrite plus en détail en référence à la figure unique ci-jointe, qui ne la limite aucunement et représente un schéma d'un testeur à courant d'eau circulaire selon l'invention. Celui-ci comprend un entonnoir 1, dans lequai est créé un vortex 2, par une alimentation tangentielle en liquide à tester, et relié à son extrémité inférieure d'une part à un réservoir 4 et'autre part,à un dispositif de pompage 6, lui-même relié à l'entonnoir de manière à alimenter tangentiellement celui-ci en liquide à tester en dessous de la surface du liquide dans ledit entonnoir; un moyen pour la régulation du débit 7 est interposé entre l'entonnoir 1 et le dispositif de pompage 6, sur le circuit d'alimentation dudit entonnoir; une sonde 3 est reliée par des cabales électriques 8 d'une part à l'entonnoir 1 et au dispositif de pompage 6 et, d'autre part,à un appareil 5 de comptage du temps. Pour plus de détail, l'invention est décrite dans l'exem- ple unique non limitatif ci-après ExemPle On a réalisé une installation conforme à la figure unique des dessins et comprenant un entonnoir en acier inoxydable de 3W cm de diamètre et dont llorifice avait un diamètre intéieur de 12 mm, une pompe SERTP de type accélérateur de fluide, et une bonbonne en verre de 10 litres, munie d'un tube à sa base et directement reliée au tube d'évacuation de l'entonnoir, la bonbonne et l'entonnoir étant en équilibre hydrostatique. les différentes parties de cette installation étaient reliées par des tubes de verre de 12 mm de diamètre intérieur, les joints étant réalisés par de petits segments de tuyau souple en silicone.Cette installation comprenait en outre une sonde métallique, placée perpendiculairement à la surface du liquide dans 5'entonnoir et ayant son extrémité inférieure à 20 mm audessus de celle-ci. Cette sonde était reliée électriquement par son extrémité supérieure au bord de l'entonnoir, au dispositif de pompage et au dispositif de comptage du temps (horloge électrique ou compte-minutes), de telle sorte que, lorsque le niveau du liquide montait dans l'entonnoir, et dès que l'extrémité de la sonde se trouvait immergée, le circuit électrique sonde-eau-entonnoir s'établissait et les dispositifs de pompage et de comptage du temps étaient l'un et l'autre également arrêtés. Le volume total de liquide à tester introduit dans le circuit était de 15 litres, et il suffisait d'attendre 2 à 3 minutes pour que 11 équilibre s'établit entre l'entonnoir et la bonbonne. Le dispositif de pompage et l'entonnoir fonctionnaient en circuit fermé, le niveau du liquide dans la bonbonne demeurant constant.Une fois que la truite avait bouché le trou de l'entonnoir (soit que le poisson, incapable de nager et entraîné par le vortex, tournait pendant quelques secondes autour de l'orifice de l'entonnoir et venait se ficher verticalement dans celui-ci, en l'obturant, soit que, bien cue plus rarement, le poisson était happé par l'attraction du vortex et maintenu à plat contre l'orifice de l'entonnoir), la pompe aspirait la solution de la bonbonne, faisant ainsi monter le niveau dans l'entonnoir, jusqu'à atteindre la sonde, établissant ainsi le contact électrique arrêtant le dispositif de pompage ainsi que l'appareil de comptage du temps.Un robinet de verre peut mettait lerég'age du débit de la pompe, de façon-à-égaliser les débits d'alimentation et d'évacuation de l'entonnoir. La vitesse du courant d'eau circulaire obtenu dans l'en- tonnoir, mesurée par un courantomètre à moulinet! était dten viron 30 cm/s. L'extrémité du tube de verre qui amenait la solution depuis la pompe jusque dans l'entonnoir était coudée à argile doit en un bec de 20 mm de longueur, tangentiellement au bord de l'entonnoir. Afin que le poisscn fût davantage incité à la nage, on lui a fourni des marques de repérage. Pour cela, on a ccl -é 4 bandes de ruban adhésif noir,de façon à former une croix, sur le fond de l'entonnoir et centrée sur l'orifice de celui-ci. On a observé que le poisson se plaçait au-dessus d'une des 4 bandes et luttait contre le courant, en essayant de conserver sa position. Pour l'étalonnage du testeur selon l'invention, on-peut réaliser plusieurs testeurs analogues sur le modèle décrit cidessus, dont l'un sert de témoin, tandis que les autres sont utilisés pour les expériences, les liquides aqueux testés étant alors constitués soit de solutions aqueuses d'une même substance contaminante à des concentrations différentes, soit deso- utions aqueuses de substances contaminantes différentes, soit en vue de solutions aqueuses d'un mzlange de substances contaminantes différentes, L'homme de 11 art est à même d'étalonner le testeur selon l'inventio-n et de l'utiliser pour toutes les déterminations qu'il souilaite. Notamment, il est possible d'utiliser le testeur selon l'invention pour la détection de substances toxiques chimiquement pures dans les eaux, mais aussi pour l'évaluation de la toxicité des mélanges complexes du type des effluents rejetés dans les eaux naturelles, les résultats obtenus dans ce dernier cas intégrant alors les activités synergiques des diverses substances polluantes entre elles, ainsi que les activités synergiques avec les eaux brutes du plan d'eau testé. Un des avantages considérables de l'invention par rapport à une DL 50 qui exprime la toxicité aiguë d'une substance, unique notion appréciable pratiquement jusqu'à présent, est qu'il est possible de détecter commodément, grâce au testeur ou au procédé selon l'invention, des concentrations sublétale s en substance toxique. Un autre avantage procuré par l'invention est qu'on accède à une notion plus synthétique, qui est la toxicité globale d'un effluent brut sur les populations de poissons d'un plan d'eau déterminé. -REVENDICATIONS- 1. Dispositif testeur à courant d'eau circulaire,adapté pour la détection et l'appréciation de l'ampleur des pollutions de l'eau à des doses létales ou sub-létales chez les organismes vi- vants susceptibles de nager dans un courant d'eau,caractérisé en ce qu'il comprend un entonnoir vertical dans lequel on crée un vortex et dont la base communique avec un réservoir du liquide à tester et avec une pompe assortie éventuellement d'un régulateur de débit,ledit entonnoir contenant ledit organisme vivant susceptible de nager dans un courant d'eau et étant en équilibre hydrostatique avec ledit réservoir, ainsi qu'une sonde placée au-dessus du niveau normal du liquide dans ltentonnoir et reliée électriquement par son extrémité supérieure au bord de l'entonnoir, à la pompe et éventuellement à un dispositif de comptage du temps de telle sorte que,lorsque le niveau du liquide monte dans ltentonnoir dont le fond est obstrué par l'organisme vivant épuisé,la sonde se trouve immergée et le circuit électrique sonde-eau-entonnoir s'bta- blit, ce qui a pour effet d'interrompre simultanément la pompe, ainsi que le dispositif de comptage du temps éventuellement présent. 2. Dispositif selon la revendication l,oaractérisé en ce que l'organisme vivant susceptible de nager dans un courant d'eau est un poisson, notamment une truite arc-en-ciel Salmo gairdneri. 3. Dispositif selon l'une des revendications I ou 2,caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de débit,placé entre la pompe et l'entonnoir. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de comptage du temps. 5. Dispositif selon la. revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des marques de repérage,ayant pour but d'inciter le poisson à la nage, notamment des marques constituées de bandes formant une croix sur le fond de l'entonnoir et centrées sur l'orifice de celui-ci. 6. Procédé pour la détection et l'appréciation de 1 'am- pleur des pollutions de l'eau à des doses létales ou sub-létales chez les organismes vivants susceptibles de nager dans un courant d'eau, caractérisé en ce qu'on place ledit organisme vivant dans un entonnoir dans lequel on crée et entretien un vortex par une alimentation tangentielle en liquide à tester, imprimant à la masse du liquide dans l'entonnoir un mouvement circulaire,ledit liquide étant introduit dans ledit entonnoir en continu par pompage à partir d'un réservoir en équilibre hydrostatique avec ledit entonnoir, et en ce que lorsque l'organisme vivant , qui ne résiste plus à.i'aspiration du vortex, vient à boucher le fond dudit entonnoir, le niveau du liquide monte dans l'entonnoir et coupe le dispositif de pompage. 7. Procédé selon la revendication 6,caractérisé en ce que l'organisme vivant susceptible de nager dans un courant d'eau et unpQisson,notamment une trnite aro-en-ciel Salmo-aairdnerl. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7,caractérisé en ce qu'on utilise un régulateur de débit,placé entre la pompe et lentonnoir. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif de comptage du temps, dont la coupure s'opere en même temps que celle du dispositif de pompage.