Prolifération des cyanobactéries : l’eau sous surveillance

Du Lac Érié au Nord des États-Unis au Lac Victoria en Afrique de l’Ouest, les proliférations de cyanobactéries dans les milieux aquatiques sont de plus en plus fréquentes sur tous les continents.

Bien que toutes les cyanobactéries ne soient pas nocives, certaines produisent des toxines qui peuvent s’avérer dangereuses voire mortelles pour les êtres vivants. Chaque année en France, elles se développent dans les plans d’eau et les cours d’eau durant la période estivale, entraînant des cas d’intoxications d’animaux et la fermeture de zones de baignade.

Qui sont les cyanobactéries ? Quelles sont les causes de leurs proliférations et comment les maîtriser ? Faisons le point avec Catherine Quiblier, chercheuse au Muséum, dont l’expertise est sollicitée depuis vingt ans pour faire évoluer les mesures de surveillance du développement des cyanobactéries, de la toxicité de l’eau et tenter d’endiguer leurs proliférations.

Des bactéries aux origines de la vie

Les cyanobactéries sont présentes depuis environ 3 milliards d’années et comptent parmi les premiers organismes photosynthétiques : elles ont participé à l’oxygénation de l’océan et à la formation de l’atmosphère actuelle, nécessaire au développement de formes de vie plus complexes.

On trouve leur trace dans les plus anciens fossiles connus, les stromatolithes, de grandes structures minérales formées par le dépôt de tapis microbiens. Le plus ancien stromatolithe découvert date de 3,45 milliards d’années.

Lacs, étangs, réservoirs et cours d’eau : c’est dans les milieux d’eau douce et en particulier les milieux lacustres où l’eau est la plus stagnante, que leurs proliférations sont les plus visibles. Voici les principaux indicateurs qui permettent de suspecter des proliférations de cyanobactéries :

• Un changement de la couleur de l’eau : le plus souvent, l’eau prend une teinte vert-bleue intense voire rouge dans des cas beaucoup plus rares, selon les espèces en cause.
• À la surface, cette couleur peut prendre différents aspects, telles que des couches plus ou moins épaisses à la texture mousseuse ou de type flaques d’encre, ou encore se présenter sous forme de plaques, biofilms flottants.
• Une odeur particulière : présentes en masse, les cyanobactéries peuvent être très odorantes. Il peut s’agir d’une odeur nauséabonde, proche de celle d’une cave humide.

Toutes les cyanobactéries ne produisent pas de toxines, mais la plupart des cyanobactéries qui prolifèrent sont susceptibles d’en produire.

À ce jour, on connait environ 2 000 espèces de cyanobactéries. Certaines sont d’ailleurs bénéfiques pour la santé et utilisées dans la composition de médicaments. Une des plus connues est la « spiruline » (cyanobactérie du genre Limnospira) employée comme complément alimentaire pour ses apports protéïques importants.

Certaines espèces de cyanobactéries peuvent produire des toxines (cyanobactéries toxinogènes). Pour l’essentiel, les toxines produites sont contenues dans les cellules et ne sont libérées dans l’eau qu’au moment de la mort cellulaire. Les intoxications résultent donc essentiellement de l’ingestion des cyanobactéries et des toxines qu’elles contiennent, à l’exemple des chiens qui peuvent s’intoxiquer en consommant les biofilms dans les rivières.

Certaines toxines dangereuses pour l’organisme

Les toxines produites par les cyanobactéries toxinogènes sont classées en trois grandes catégories en fonction de leur cible et donc de leurs effets délétères pour les organismes. On distingue les hépatotoxines qui vont agir sur le foie, des neurotoxines qui vont agir sur le système nerveux et des dermatotoxines et toxines irritantes qui agissent sur la peau et les muqueuses. Certaines de ces toxines pourraient également avoir des effets reprotoxiques (toxiques pour la reproduction).

Les symptômes observés dépendront des toxines présentes. Démangeaisons, vomissements, diarrhées, etc., certains symptômes sont communs à de nombreuses pathologies, ce qui peut conduire à des confusions. D’autres tels que les tremblements et difficultés respiratoires ou l'hypersalivation survenant juste après une baignade sont de bons indicateurs d’une intoxication potentielle à une neurotoxine.

Les intoxications se font par l'ingestion d’eau contaminée au cours d’activités récréatives (baignade, activités nautiques…) ou au robinet si le traitement de l’eau est déficient, et la consommation de denrées animales ou végétales contaminées.

Les principales causes de prolifération des cyanobactéries observées ces dernières années sont liées à des facteurs anthropiques, c’est-à-dire aux activités humaines : l’eutrophisation des milieux (augmentation de la quantité de nutriments disponibles) et les épisodes de chaleur et de sécheresse qui s’intensifient en raison du changement climatique. Selon le mode de développement des cyanobactéries, une cause peut prévaloir sur l’autre.

Une recrudescence des cas d’intoxication

La multiplication des proliférations de cyanobactéries augmente les risques d’intoxication. En France, les cas les plus évidents liés à la mort rapide de chiens venus s’abreuver aux points d'eau étaient jusqu’à récemment circonscrits aux gorges du Tarn.

Mais depuis l’été 2017, on observe une recrudescence de ces proliférations de cyanobactéries benthiques un peu partout dans le pays. Notamment dans la Loire, le Cher et la Vienne.

Catherine Quiblier

Une toxicité accrue des cyanobactéries benthiques ? En France et dans beaucoup d’autres pays du monde, les cyanobactéries benthiques qui prolifèrent principalement en rivières sont des espèces susceptibles de produire des toxines, notamment des neurotoxines de la famille des anatoxines. Des quantités importantes de ces toxines peuvent être trouvées dans des biofilms flottant sur la rivière ou échoués sur ses rives.

Chez les humains, les cas d’intoxications mortels connus liés aux cyanobactéries sont rares. Dans le monde, le cas le plus spectaculaire est celui de l’intoxication de patients dialysés dans un hôpital brésilien en 1996. 50 patients étaient alors décédés. En France, il n’y a pas de cas d’intoxication humaine létale recensé à ce jour.

En France, durant la période estivale la plus à risque, la surveillance des zones de baignade est réalisée tout au long de l’été. Ces contrôles sont effectués par les Agences régionales de santé (ARS) et peuvent conduire à l’interdiction totale d’accès à la zone.

Combiner surveillance et vigilance

Il ne suffit pas d’identifier la présence de cyanobactéries pour en déduire qu’un milieu présente un risque toxique. La caractérisation du risque implique des protocoles longs.

Puisque la production de toxines n'est pas systématique, on ne peut pas se satisfaire de connaître la biomasse des cyanobactéries (l’évaluation de leur quantité) et les espèces présentes, on doit pratiquer aussi une recherche des toxines et une évaluation de leurs concentrations.

Catherine Quiblier

À l’échelle du territoire, la surveillance reste assez partielle puisqu’elle ne concerne que les plans d’eau et rivières utilisés pour la production d’eau potable ou pour des activités de baignade surveillées.

Pour reprendre l’exemple des Gorges du Tarn où les cyanobactéries sont suivies dans les zones de baignade, les personnes qui circulent en canoë peuvent rejoindre d’autres zones, qui ne font l’objet d’aucun contrôle, mais où peuvent s’accumuler des biofilms.

La surveillance de l’ensemble des rivières et plans d’eau français demanderait des moyens humains et financiers considérables qui ne peuvent être mobilisés.

Une prévention qui évolue avec l'état des connaissances

Depuis une vingtaine d’années, la surveillance dans les milieux aquatiques ne concernait que les cyanobactéries planctoniques et une seule famille de toxines.

Le dernier rapport de l’Anses sur les cyanobactéries paru en 2020 a permis, entre autres, d’inclure de nouvelles mesures : quatre familles de toxines sont aujourd’hui intégrées dans le protocole d’évaluation et une surveillance des cyanobactéries benthiques est également recommandée.

Les cyanobactéries planctoniques et les toxines de la famille des microcystines qui sont souvent produites lors de leurs proliférations sont bien connues des scientifiques et elles ont fait l’objet de très nombreux travaux au cours des 25 dernières années. Au contraire, les cyanobactéries benthiques ont encore été relativement peu étudiées, certaines connaissances manquent également concernant les anatoxines qu’elles peuvent produire.

Faute de connaissances suffisantes pour établir un seuil limite sur les concentrations tolérables dans l’eau, l’ANSES recommande que l’on ferme une zone de baignade dès que l’on détecte cette toxine.

Des inégalités selon les pays et les zones géographiques

Les proliférations des cyanobactéries dans les milieux d’eau douce touchent l’ensemble de la planète mais elles sont prises en compte de façons très différentes selon le niveau de développement économique des pays.

Presque tous les pays économiquement développés ont mis en place une surveillance des cyanobactéries et de leurs toxines en se basant sur les recommandations de l’OMS et/ou sur celles de leurs propres agences de santé. En revanche, dans les pays en développement à l’exemple de ceux de l’Afrique sub-saharienne, un projet de recherche international a montré qu’il n’y avait dans ces pays aucune surveillance des cyanobactéries dans les plans d’eau et aucune information sur cette problématique auprès des populations vivant sur leurs rives.

Ces plans d’eau hébergent pourtant très souvent des proliférations de cyanobactéries et ils sont utilisés pour de multiples usages (baignade pour les enfants, eau de boisson, eau pour la cuisine, la toilette corporelle, le lavage des vêtements…) qui multiplient les risques d’exposition des populations locales aux cyanotoxines.

Pour lutter durablement contre les proliférations des cyanobactéries, il est nécessaire d’agir à la source et donc de déployer des efforts sur le temps long pour limiter l’eutrophisation des plans d’eau, en mettant en place des mesures à toutes les échelles de gouvernance.

Concernant le phosphore, les mesures prises depuis plus de trente ans pour améliorer la gestion et le traitement des eaux usées, et plus récemment la suppression du phosphate dans les lessives, ont eu une réelle efficacité et se sont traduites par une diminution significative des concentrations en phosphore dans les lacs et les rivières de France. Elles demeurent cependant encore beaucoup trop élevées dans de nombreux écosystèmes en raison notamment d’apports provenant de l’agriculture et des stations d’épuration des eaux usées.

Concernant l’azote, la directive "Nitrates", une directive Européenne visant à limiter l’usage des engrais, n’a permis à ce jour, qu’une diminution très limitée des quantités d’azote dans les milieux aquatiques français. L’agriculture intensive est une des principales sources d’azote par la fertilisation des sols. Sans mesures gouvernementales vraiment contraignantes, il est difficile de motiver les agriculteurs à améliorer leurs pratiques pour limiter les fuites d’azote car ils ne se sentent pas forcément concernés par ces problèmes. En effet, lorsque les rejets suivent le cours d’une rivière sur plusieurs kilomètres ou polluent un milieu lacustre, le lien de cause à effet se perd.

Il est difficile de limiter une pratique dont on ne perçoit pas les effets néfastes à proximité.

Catherine Quiblier

Par ailleurs, toutes les mesures qui contribuent à réduire la production des gaz à effet de serre et le réchauffement climatique pourraient également à terme contribuer à lutter contre l’eutrophisation et les proliférations de cyanobactéries.

Ressources et références

• Actualisation de l’évaluation des risques liés à la présence de cyanobactéries et leurs toxines, avis de l’Anses, mai 2020. En 2016, à la demande de la Direction générale de la santé, l’ANSES lance un programme de mise à jour des connaissances sur les cyanobactéries, pour réévaluer les réglementations et inclure notamment de nouvelles toxines liées au bactéries benthiques. Le rapport rendu en 2020 est aujourd’hui appliqué par les Agences régionales de santé.
• Les écosystèmes d’eau douce – Eutrophisation et cyanobactéries, J.-F. Humbert et C. Quiblier
• Les cyanobactéries en question, ANSES
• La collection de cyanobactéries et de microalgues eucaryotes du Muséum. Cette collection compte plus de 1 889 souches et constituent la plus grande collection française de phytoplancton dulçaquicole.

Dossier rédigé en octobre 2023. Remerciements à Catherine Quiblier, professeure de l’Université Paris Cité et chercheuse au Muséum national d’Histoire naturelle dans l'équipe Cyanobactéries, Cyanotoxines et Environnement (UMR 7245 Molécules de Communication et Adaptation des Micro-organismes), pour sa contribution et sa relecture.