NORMES DE QUALITE POUR LA COLONNE D'EAU

Compte tenu des divergences des jeux de données et des méthodologies comparées ci-dessus, il a été décidé de baser l'établissement de la norme de qualité pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis de l'exposition aux chlorures en utilisant un jeu de données qui combine l'ensemble des données d'écotoxicité utilisées par les Pays-Bas et le Canada. Il a ensuite été vérifié qu'aucune donnée d'écotoxicité chronique récente supplémentaire n'était disponible sur la période 2011-2019. Ensuite, la méthode d'extrapolation statistique telle que recommandée dans le guide technique européen pour la détermination des normes de qualité environnementale (E.C., 2018) a été appliquée.

Dans le document  ci dessous sont reportés, dans un tableau, pour chaque espèce, tous les résultats des tests d'écotoxicité considérés comme pertinents et fiables par les Pays-Bas (RIVM, Verbruggen et al., 2008) et le Canada (CCME, 2011) dans leurs évaluations.

En se basant sur le jeu de données regroupant les données d'écotoxicité utilisées par les Pays-Bas et le Canada, un nouveau jeu de données est établi incluant 42 espèces et 10 taxons (cyanobactéries, algues, macrophytes, rotifères, annélides, mollusques, crustacés, insectes, poissons, amphibiens) représentant ainsi des modes de vie et de nutrition très divers. L'étendue des NOEC ainsi obtenue est très importante, avec la valeur la plus faible obtenue pour une espèce de mollusque d'eau douce de 24 mg Cl^-/L et une NOEC maximale pour une espèce d'algue de 4443 mg Cl^-/L

Une évaluation supplémentaire subséquente a été effectuée par l'INERIS afin de qualifier certaines données prises en compte par le CCME et qui n'étaient pas utilisables en tant que telles pour la détermination de la norme de qualité pour la protection des organismes aquatiques selon la méthodologie européenne (E.C., 2018). En particulier, des NOEC ont pu être recalculées à partir d'un certain nombre de MATC (cf. tableau données complémentaires) et utilisées pour l'établissement de la SSD. A contrario, les EC₂₅ et LOEC pour lesquelles une EC₁₀ ou une NOEC ne pouvait pas être recalculées ont été écartées du jeu de données. Les données ainsi validées sont regroupées dans le Tableau 4 ci-dessous pour l'établissement de la SSD. Le cas échéant, la moyenne géométrique a été calculée lorsqu'il existe plusieurs valeurs pour la même espèce, la même durée et le même critère d'effet.

Tableau 4 – Données d'écotoxicité chronique sélectionnées pour la construction de la SSD

[*] Moyenne géométrique de 2 valeurs pour la même espèce, la même durée et le même critère d'effet.

La normalité de ce jeu de données est acceptée pour l'ensemble des 3 tests appliqués (Anderson-Darling, Kolmogorov-Smirnov et Cramer von Mises) quel que soit le degré de significativité exigé (de 0,01, 0,25, 0,05 et 0,1).

La courbe de distribution de sensibilité des espèces (SSD) ainsi obtenue est présentée ci-après dans la Figure 1.

Figure 1 – Distribution de la sensibilité aux chlorures (mg Cl-/L) des espèces aquatiques établies sur la base des données d'écotoxicité chronique.

Sur la base de ces données, la valeur suivante a été calculée comme concentration affectant 5 % de la population (HC5, pour Hazardous Concentration 5 %) :

HC5 = 89,6 mg Cl^-/L, avec l'intervalle de confiance suivant : IC (5 – 95 %) = [51,2 ; 138,2].

Il est à noter que cette valeur de HC5 de 89,6 mg Cl^-/L est très proche de celle obtenue par le RIVM pour les Pays-Bas (HC5 = 94,1 mg Cl^-/L) et du même ordre de grandeur que la valeur obtenue par le CCME pour le Canada (HC5 = 120 mg Cl^-/L).

• Calcul de la moyenne annuelle pour l'eau douce (AA-QS_{water_eco}) :

Les normes de qualité pour les organismes de la colonne d'eau sont calculées conformément aux recommandations du guide technique européen pour la détermination des normes de qualité environnementale (E.C., 2018). Lorsqu'un nombre suffisant de données d'écotoxicité est disponible (10 NOEC au minimum, représentant au moins 8 groupes taxonomiques différents), elles peuvent être obtenues en divisant la concentration à laquelle seulement 5 % des espèces sont affectées (HC5 déterminée à partir de la SSD établie sur la base des valeurs de NOEC ou d'EC₁₀ valides) par un facteur d'extrapolation (AF, Assessment Factor), compris entre 1 et 5.

La valeur de ce facteur d'extrapolation dépend du nombre et du type de tests pour lesquels des résultats valides sont disponibles. Les règles détaillées pour le choix des facteurs sont données dans le guide technique européen (E.C., 2018) et le choix réalisé pour les chlorures est argumenté ci-après.

Le facteur d'extrapolation maximal de 5 à appliquer sur la HC5, utilisé par défaut, peut être diminué dans le cas où des éléments peuvent permettre de faire régresser l'incertitude résiduelle sur la valeur de HC5. Ces éléments sont analysés ci-dessous pour le cas des données d'écotoxicité chronique des chlorures :

• connaissance du mode d'action : le mode d'action des chlorures est bien décrit. Le chlore a un rôle fondamental dans le maintien de l'équilibre ionique chez les organismes vivants. C'est un élément essentiel à ce processus, mais il est également démontré que des variations des concentrations en chlore peuvent perturber ces processus d'osmorégulation – notamment chez les organismes aquatiques – et ainsi provoquer des effets adverses (cf. supra).
• qualité globale du jeu de données d'écotoxicité chronique et des critères d'effets couverts, diversité et représentativité des groupes taxonomiques couverts par le jeu de données : le jeu de données est complet et substantiel, avec 42 espèces représentées et 10 taxons (cyanobactéries, algues, macrophytes, rotifères, annélides, mollusques, crustacés, insectes, poissons, amphibiens) représentant ainsi des modes de vie et de nutrition très divers.
• incertitudes statistiques autour de l'estimation de la HC5 : concernant la qualité de l'ajustement du jeu de données (« goodness of fit »), la normalité du jeu de données log-transformé est acceptée pour l'ensemble des 3 tests appliqués (Anderson-Darling, Kolmogorov-Smirnov et Cramer von Mises) et quel que soit le degré de significativité exigé (0,01, 0,25, 0,05 et 0,1) ; concernant l'étendue de l'intervalle de confiance autour de la valeur (51,2 – 138,2 mg.L^-1, à 5 % de significativité ; valeur médiane de 89,6 mg.L^-1), il est considéré comme très acceptable.
• comparaison entre les données de terrain ou les données de mésocosmes avec la HC5 pour évaluer la cohérence entre les éléments de suivi de terrain et les données obtenues en laboratoire : des données de terrain reportées par le RIVM et le CCME indiquent une NOEC écosystème de 100 mg Cl^-/L, très proche de la valeur proposée pour la HC5 de 89,6 mg Cl^-/L.

Il existe néanmoins des arguments qui sous-tendent la décision de ne pas trop abaisser ce facteur :

• 4 données d'écotoxicité chroniques reportées pour des mollusques et des algues sont inférieures à la valeur de la HC5 (jusqu'à 24 mg Cl^-/L, alors que la HC5 est de 90 mg Cl^-/L). La valeur obtenue pour Micrasterias americana (86 mg Cl^-/L) est très proche et peut être considérée comme équivalente à la HC5. La NOEC obtenue pour Chlorella pyrenoidosa (61 mg Cl-/L) doit être considérée avec précaution dans la mesure où la LOEC pour cette étude est de 610 mg Cl-/L, ce qui signifie que l'EC₁₀, comprise entre ces deux valeurs de 61 et 610 mg Cl^-/L, pourrait aussi bien être proche de 610 mg Cl^-/L et donc très supérieure à la HC5. En revanche, aucun argument ne permet de remettre en cause la sensibilité des glochidies de moules d'eau douce et le fait que les NOEC correspondantes sont bien inférieures à la HC5 d'après les informations disponibles (valeurs recalculées dans le cadre des travaux CCME : pour Lampsilis fasciola, recalculée par les auteurs de Bringolf et al., 2007, et pour Epioblasma torulosa rangiana, recalculée par les auteurs de Gillis, 2011, (cf. Tableau 4 et Tableau de données complémentaires).
• Certaines études rapportant des relations dose-réponses d'effet des chlorures sur les organismes aquatiques ont démontré que la pente de la courbe peut être très importante, et prend un aspect de type « tout ou rien » (e.g., Venâncio et al., 2018 ; O'Neil et al., 1989), c'est-à-dire qu'un effet peut survenir à une concentration donnée, alors qu'aucun effet n'était observé à une concentration inférieure toute proche. Cette caractéristique induit de facto une incertitude supplémentaire dans la description de la relation dose-réponse, tout particulièrement lorsque les concentrations d'exposition sont espacées (exemple de la donnée obtenue sur Chlorella pyrenoidosa, cf. supra).
• Il est connu que les proportions de chacun des sels de chlore dans les eaux douces de surface françaises, ainsi que d'autres paramètres environnants (température, oxygène dissous, concentrations en sulfates, dureté, re-solubilisation dans les métaux, etc.), peuvent être des facteurs confondants de la toxicité des chlorures. Or ceux-ci ne sont pas pris en compte dans la présente évaluation et n'ont pas été précisément étudiés, ce qui implique une incertitude supplémentaire.

L'application d'un facteur d'extrapolation de 2 ne permettrait pas de protéger l'ensemble des mollusques d'eau douce les plus sensibles d'après les données disponibles.

Compte tenu de ces éléments, un facteur d'extrapolation de 3 est appliqué à la HC5, ce qui conduit au calcul d'AA-QS_{water_eco} suivant :

AA-QS_{water_eco} = 89,6 mg Cl^-/L / 3,

soit

AA-QS_{water_eco} = 30 mg Cl^-/L

Cette proposition de QS est en-deçà de la borne inférieure de l'intervalle de confiance de la HC5 et très proche de la valeur permettant de protéger l'ensemble des mollusques d'eau douce les plus sensibles d'après les données disponibles, la plus faible NOEC étant de 24 mg Cl^-/L. Elle est donc retenue comme valeur seuil pour la protection des organismes aquatiques.

Fond Géochimique et approche du risque ajouté

L'approche du risque ajouté, opérée pour les substances existant à l'état naturel, consiste à prendre en compte dans la détermination de la valeur seuil une concentration dite de « fond géochimique » – définie comme la concentration de la substance existant en dehors de toute pression anthropique – qui est ajoutée à une concentration dite générique – déterminée lors de l'exposition des organismes à la substance en laboratoire. Cette approche, parfois controversée, repose sur l'hypothèse selon laquelle les organismes seraient adaptés au fond géochimique des substances naturelles. Son application nécessite donc a fortiori une quantification du fond géochimique des chlorures.

La quantification du fond géochimique – dont les valeurs peuvent varier grandement à l'échelle géographique – pour être opérationnelle, repose sur l'application d'une stratégie d'échantillonnage précise (présélection des stations non impactées par les activités anthropiques et organisation spatiale des sites de mesure) et l'application d'une méthode de prélèvement et d'analyse spécifique pour les substances ciblées, dont la qualité devra être optimisée à la hauteur des exigences requises pour quantifier des valeurs faibles (Chandesris et al., 2013). Ainsi, la détermination des concentrations de fond géochimique des chlorures, en l'état actuel des connaissances, est un travail complexe qui nécessiterait notamment de pouvoir sélectionner des sites de mesure où les concentrations en chlorures ne sont pas impactées par les activités anthropiques.

Il a donc été décidé de ne pas appliquer la méthode du risque ajouté pour la détermination de la norme de qualité pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis d'une exposition aux chlorures

Il peut néanmoins être instructif de pouvoir situer les données d'écotoxicité par rapport aux concentrations mesurées dans les milieux aquatiques en France.

Par conséquent, il a été décidé, non pas de quantifier les concentrations de fond des chlorures dans ce document, mais de reporter la distribution des concentrations en chlorures dans les eaux douces de surface sur tous types de sites de mesures à l'échelle nationale. Ainsi, ce sont 47 797 analyses de chlorures qui ont été téléchargées depuis la base de données en ligne Naïades. Seules les données de qualification « correcte » et les analyses faites sur la phase aqueuse de l'eau (filtrée, centrifugée) ont été retenues. Ces analyses correspondent à des mesures faites entre le 1/1/2015 et le 31/12/2018 et téléchargées sur le site web « Naïades – données sur la qualité des eaux de surface » (http://www.naiades.eaufrance.fr/) en date du 30/4/2019.

Ainsi le Tableau 5 et la Figure 3 montrent que l'amplitude des concentrations en chlorures dans les eaux douces de surface en France est grande (de 0,1 mg.L^-1 à 18 870 mg.L^-1) et que la médiane de ces concentrations est de 17 mg.L^-1.

Tableau 5 -Distribution des concentrations en chlorures dans les eaux douces de surface en France pour des prélèvements réalisés entre le 1/1/2015 et le 31/12/2018 (n = 47 797 analyses). Valeurs minimale, maximale, et divers percentiles.

Figure 2 -Concentrations en chlorures (mg Cl-/L) dans les eaux douces de surface en France pour des prélèvements réalisés entre le 1/1/2015 et le 31/12/2018 (n = 47 797 analyses).

Si on s'attache à étudier la fréquence de distribution des concentrations en chlorures sur ces mêmes analyses, il apparaît que plus de 95 % des concentrations retrouvées dans le milieu sont inférieures à la HC5 de 90 mg.L^-1 (cf. Figure 3), ce qui signifie que pour 95 % des sites étudiés, 95 % des espèces sont protégées des effets potentiels des chlorures.

Figure 3 – Fréquences cumulées de distribution des concentrations en chlorures (mg Cl^-/L) dans les eaux douces de surface en France pour des prélèvements réalisés entre le 1/1/2015 et le 31/12/2018 (n = 47 797 analyses).

Proposition de norme de qualité pour les organismes de la colonne d'eau

NORME DE QUALITE POUR LA SANTE HUMAINE VIA L'EAU DE BOISSON (QSdw_hh)

En principe, lorsque des normes de qualité dans l'eau de boisson existent, soit dans la Directive 98/83/CE (C.E., 1998), soit déterminées par l'OMS, elles peuvent être adoptées. Les valeurs réglementaires de la Directive 98/83/CE doivent être privilégiées par rapport aux valeurs de l'OMS qui ne sont que de simples recommandations.

Il faut signaler que ces normes réglementaires ne sont pas nécessairement établies sur la base de critères (éco)toxicologiques (par exemple les normes pour les pesticides avaient été établies par rapport à la limite de quantification analytique de l'époque pour ce type de substance, soit 0,1 µg.L^-1). Pour les chlorures, la Directive 98/83/CE fixe une valeur de 250 mg.L^-1, basée sur les propriétés organoleptiques de la substance.

EMPOISONNEMENT SECONDAIRE

Comme il a été expliqué ci-avant, du fait de leurs propriétés physico-chimiques, les chlorures sont très hydrosolubles et n'ont pas vocation à s'accumuler dans les matrices biologiques pour lesquelles ils n'ont pas d'affinité.

Aussi, il n'est pas jugé pertinent de définir une norme de qualité pour la protection des prédateurs supérieurs vis-à-vis de l'empoisonnement secondaire.

VALEUR GUIDE POUR LES ORGANISMES BENTHIQUES (QSSED ET QSSED-MARIN)

Comme il a été expliqué ci-avant, du fait de leurs propriétés physico-chimiques, les chlorures sont très hydrosolubles et n'ont pas vocation à s'adsorber sur les particules solides et à se retrouver dans le compartiment sédimentaire.

Aussi, il n'est pas jugé pertinent de définir une valeur guide de qualité pour les organismes benthiques.

COMPARAISON DES VALEURS SEUILS DISPONIBLES

Une comparaison des valeurs seuils existantes pour les chlorures dans les eaux douces de surface a été réalisé. Les principaux éléments collectés figurent dans le Tableau 2 ci-après.

Tableau 2 – Parangonnage des valeurs seuils existantes pour les chlorures dans les eaux douces de surface. En gras, sont indiquées les valeurs seuils pour lesquelles la méthodologie appliquée s'apparente à celle de la détermination des normes de qualité pour la protection des organismes aquatiques telle que définie dans la méthodologie de détermination des Normes de Qualité Environnementale (E.C., 2018).

[*] sauf pour les sites où sont présentes 2 espèces de mollusques pour lesquelles l'EC₁₀ est inférieure à la HC5. Sur ces sites, la NOEC de chacun de ces mollusques s'applique comme valeur seuil.

Il existe au moins 5 valeurs seuils pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis de l'exposition aux chlorures dans les eaux douces de surface. Elles sont indiquées dans le Tableau 2.

La méthodologie employée par l'IOWA (Iowa Department of Natural Resources, 2009) semble tout à fait pertinente, mais nécessiterait de pouvoir disposer des concentrations de chlorures, de sulfates et de la dureté de l'eau sur un même site et au même instant pour l'ensemble des données analysées, ce qui a semblé difficilement envisageable d'un point de vue opérationnel. Cette option est donc écartée.

Dans ce Tableau 2, sont indiquées en gras, les valeurs seuils qui correspondent à l'application d'une méthodologie qui s'apparente à celle de la détermination des normes de qualité pour la protection des organismes aquatiques telle que définie dans la méthodologie de détermination des Normes de Qualité Environnementale (E.C., 2018).

La valeur seuil la plus pertinente à ce jour semble être celle déterminée par les Pays-Bas en 2008 (Verbruggen et al., 2008) car elle allie un jeu de données récent à une méthodologie cohérente à celle appliquée pour la détermination des VGE (application de la méthode statistique de détermination des valeurs seuils dans le cas d'un grand nombre de données d'écoxicité). La valeur seuil déterminée par le Canada en 2011 (CCME, 2011), bien que n'appliquant pas de facteur d'extrapolation après détermination de la HC5, fait également appel à un jeu de données sous-jacentes qu'il est important de considérer.

La comparaison des données et méthodologies sous-jacentes à l'établissement de ces 2 valeurs seuils est rapportée dans le Tableau 3 ci-dessous.

Tableau 3 – Comparaison des données et méthodologies sous-jacentes à l'établissement des valeurs seuils les plus récentes aux Pays-Bas (Verbruggen et al., 2008) et Canada (CCME, 2011).

*Les résultats d'écotoxicité chronique sont principalement exprimés sous forme de NOEC (No Observed Effect Concentration), concentration sans effet observé, ou d'EC₁₀ concentration produisant 10 % d'effets et équivalente à la NOEC. Les EC₁₀ et NOEC sont principalement rattachées à des tests chroniques, qui mesurent l'apparition d'effets sub-létaux à long terme.

Compte tenu des divergences des jeux de données et des méthodologies comparées ci-dessus, il a été décidé de baser l'établissement de la norme de qualité pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis de l'exposition aux chlorures en utilisant un jeu de données qui combine l'ensemble des données d'écotoxicité utilisées par les Pays-Bas et le Canada. Il a ensuite été vérifié qu'aucune donnée d'écotoxicité chronique récente supplémentaire n'était disponible sur la période 2011-2019. Ensuite, la méthode d'extrapolation statistique telle que recommandée dans le guide technique européen pour la détermination des normes de qualité environnementale (E.C., 2018) a été appliquée.