Chloration

La chloration désigne deux terminologies.

1. La chloration est l'action de désinfecter avec des produits chlorés (eau de Javel, dichlore…). Il s'agit principalement d'ajout de chlore à l'eau pour limiter le risque de maladies hydriques diffusées par le réseau d'eau potable.
2. La chloration est une réaction chimique de substitution ou de transposition (les anglophones et de plus en plus les francophones parlent alors plutôt d' « halogénation» ).

Réactions chimiques de chloration

• Action sur les cyanures : on obtient les cyanates.

Par le dichlore :
CN^- + Cl₂ + 2 OH^- → CNO^- + 2 Cl^- + H₂O

Par l'hypochlorite :
CN^- + ClO^- → CNO^- + Cl^-

• Action de l'acide hypochloreux HOCl sur l'ammoniac : on obtient les chloramines.

HOCl + NH₃ → H₂O + NH₂Cl (monochloramine)

NH₂Cl + HOCl → H₂O + NHCl₂ (dichloramine)

• Action du dichlore sur le méthane : on obtient le chlorure de méthyle (ou monochlorométhane, ou chlorométhane)

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Histoire

Les premiers scientifiques ou hygiénistes à avoir suggéré la désinfection de l'eau avec du chlore semblent avoir été Louis-Bernard Guyton de Morveau (en France) et William Cumberland Cruikshank (en Angleterre), tous deux vers 1800^[1].

Une technique de purification de l'eau potable par utilisation de chlore gazeux, comprimé et liquéfié a été développé dès 1910 par un major de l'U.S. Army (qui deviendra plus tard général de brigade) Carl Rogers Darnall (1867-1941), professeur de chimie à l 'Army Medical School^[2] . Peu de temps après, un major du département médical de l'armée (qui deviendra colonel), William JL Lyster (1869-1947) a utilisé une solution d'hypochlorite de calcium dans un sac de toile pour traiter l'eau. La méthode de Lyster est resté la norme durant des années pour l'armée de terre aux États-Unis, mis en œuvre sous la forme du familier Lyster Sac (également orthographié Lister sac).
Le travail de Darnall a ensuite servi de base aux systèmes actuels de chloration de l'eau municipale, perfectionnés dans les années 1930 et largement mis en œuvre aux États-Unis durant la Seconde Guerre mondiale^[3].

La consommation croissante de chlore par les collectivités, les industriels et le grand-public fera la fortune de grands groupes industriels, dont Solvay.

usages

Depuis plus d'un siècle, l'hypochlorite, après avoir été utilisée comme agent blanchissant (pour le tissu, la pâte à papier), a surtout été utilisé comme désinfectant ménager, comme désinfectant chlorant de l'eau potable, des piscines, et d'objets et parfois d'aliments.

L'hyperchloration de l'eau potable est utilisée dans de nombreux établissements de soin (cliniques, hôpitaux) ou laboratoires, notamment pour prévenir la colonisation du réseau d'eau potable par les légionelles, protéger les matériels d'hémodialyse, désinfecter les surfaces de l'environnement (fomites) après un nettoyage au détergent, désinfecter du linge, décontaminer les déversements de sang, désinfecter du matériel, décontaminer certains déchets médicaux avant leur élimination, en dentisterie, etc.

Alternatives

Malgré une offre croissante en désinfectants alternatifs, l'hypochlorite, très peu coûteux, a encore une large utilisation dans le milieu médical^[4] et il n'existe aucun produit présentant autant d'avantages à coût égal. La chloration de l'eau est plus de trois fois plus efficace contre les Escherichia coli qu'un taux équivalent de brome, et plus de six fois plus efficace qu'une concentration équivalent d'iode ^[5].

Néanmoins, plusieurs solutions alternatives à la chloration existent, mises en pratique à des degrés divers :

• Ozonation est utilisé par de nombreux pays européens et également dans quelques villes des États-Unis.
• Ultrafiltration sur membrane (beaucoup plus coûteux)

Vocabulaire

Les anglophones utilisent l'expression with chlorination pour

• la chloration dans la métallurgie
• la chloration de l'eau (à fin de désinfection,
• la chloration de la laine (pour la rendre irrétrécisable) ou comme facteur dit d'obsolescence programmée
• divers processus ayant utilisé l'eau de javel
• le blanchiment de la pâte à papier...

La chloration de choc est un procédé souvent utilisés pour réduire dans les piscines, certains puits, sources, réservoir d'eau les résidus de bactéries et d'algues dans l'eau ou pour la rendre transparente si elle était turbide à cause de plancton. Le choc chloré résulte de la dissolution d'une grande quantité d'hypochlorite de sodium (poudre ou liquide). L'eau ne doit pas être utilisée avant que le taux d'hypochlorite de sodium dans l'eau soit redescendu à trois ppm ou moins. Sans filtration immédiate et performante de l'eau, cette méthode laisse in situ une nécromasse microbienne, qui peut rapidement "nourrir" une nouvelle génération de microbes.

Avantages et inconvénients

Pour les experts en santé publique^[4] et la FAO ^[6], le chlore présente comme désinfectant des avantages et inconvénients, qui sont :

Avantages

• Très faible coût, manipulation aisée ;
• Relativement faible toxicité à moyen et long terme (stabilité relative),
• persistance jugée raisonnable dans l'eau potable traitée^[4], avec une faible rémanence environnementale (par rapport à d'autres désinfectants, surtout ceux à base de métaux toxiques tels que le mercure ou le chrome) ;
• Large spectre antimicrobien (bactéricide, fongicide, virucide...), à dosage et temps de traitement suffisant
• Activité favorablement influencée par la température (augmentation 30% de 50 à 60 °C selon FAO^[6]) ;
• Utilisation possible en milieu alcalin (favorable au nettoyage, mais ne remplace en aucun cas un détergent) ;
• Peu moussant à non moussant (plus efficace pour désinfecter);
• Facile à utiliser, solubiliser dans l'eau et à rinçer à l'eau;
• utilisable facilement (en nettoyage comme pour la désinfection) ;
• ne colore pas^[4].

Inconvénients

• peu stable au chaud ;
• Perte d'efficacité au stockage dès quelques mois ;
• faible durée de protection en raison de la volatilité du chlore
• Sensible aux matières organiques (peu pratique pour désinfecter des milieux ou eaux riches en matières organiques) ;
• Le chlore peut réagir avec les composés organiques naturels pour produire des sous-produits toxiques, dont le trihalométhanes (THM) de l'acide haloacétiquess (AHA) qui sont cancérogènes et doivent donc être surveillés dans les réseaux d'eau potable. L'Organisation mondiale de la Santé estime néanmoins que les risques pour la santé de ces sous-produits, sont faibles au regard de ceux qui seraient induit par l'une désinfection inadéquate de l'eau.
• corrosion sur nombreux métaux, dont l'inox si le pH du milieu est inférieur à huit ;
• corrosion aggravée si l'eau de préparation contient des chlorures ;
• Risques d'accident grave en cas de mélange avec un acide ;
• Un rejet important peut inhiber l'efficacité d'une station d'épuration ou d'un système d'épuration biologique ;
• Phénomènes de chlororésistance/chlorosensibilité ;
• peut tacher ou décolorer le tissus et dégrader, corroder, ronger ou dissoudre certaines matières ;
• A la différence des virus et bactéries végétatives, certaines bactéries (formant des endospores ou biofilms), certains champignons et de protozoaires y sont plus résistants, naturellement, et/ou par mutations sélectionnées par un contact fréquent avec l'hypochlorite ;
• activité inhibée par la présence d'ions de métaux lourds, d'un biofilm, de matière organique dissoutes, en suspension ou sur les parois, à basse température, à pH faible, ou en présence d'un rayonnement UV^[4].
• problèmes d'odeur ou de gout chloré dans l'eau (ou dans l'air dans le cas des piscines).

Impacts sanitaires

Il y a un consensus pour conclure qu'en termes de bilan général, la chloration (au sens (1) : "action de désinfecter avec des produits chlorés") est un progrès en santé publique, par sa facilité, son coût et son efficacité contre la plupart des agents pathogènes, mais une controverse persiste quant aux impacts secondaires et aux effets différés, possibles ou avérés des sous-produits de chloration présents dans l'eau du robinet ou évacués dans l'air (dans l'air intérieur des piscines couvertes notamment).

Suite à un premier rapport sur les effets sanitaires et les valeurs toxicologiques de référence, l’Institut de veille sanitaire (InVS) a en France évalué les risques sanitaires liés aux sous-produits de la chloration de l’eau potable, concluant en juin 2007^[7] que les pathologies induites par la surchloration seraient en nombre trop faible pour être observables par un système de surveillance épidémiologique normal.
À partir de l’étude de onze sites desservant 900 000 personnes, des scénarios d’exposition (moyens et élevés) ont été calculés pour la population générale (vie entière) et les femmes enceintes (exposition le temps d’une grossesse), en prenant en compte l’absorption orale, respiratoire et cutanée, c'est-à-dire l’exposition par la boisson, la douche et le bain. Mais l’InVS n’a pu conclure, faute de données toxicologiques suffisantes.
Seuls les effets cancérigènes et reprotoxiques du trichlorométhane (chloroforme) contenu dans l’eau de distribution ont été caractérisés, concluant à un excès de risque individuel de 3,3 10^-6 à 3,1 10^-4, c’est-à-dire très minime pour le risque cancérigène. Le ratio d’exposition critique serait de 0,1 à 5,36 pour le risque reprotoxique, selon les scénarios d’exposition.

La « surchloration » ne s’est pas traduite par un taux plus important de sous-produits sur les sites étudiés.

L’excès de risque dépasse le seuil d’acceptabilité de l’OMS (un cas supplémentaire de cancer par an pour 100.000 personnes), mais l’impact sanitaire du trichlorométhane dans la population étudiée (+ 0,25 à + 1,7 cas/an pour le cancer colorectal ou le cancer de la vessie) est trop faible pour être observable par l’épidémiologie existante.
L’InVS considère que, faute de connaissances toxicologiques suffisantes, on ne peut évaluer une éventuelle surincidence des cancers liés à l’ensemble des SPC, et qu’il faudrait notamment mesurer les taux de trihalométhane dans les réseaux d’eau potable, et le transfert de ces molécules chlorées à l’air ou via la peau et les muqueuses. Il faudrait aussi mieux connaître les habitudes des français en termes d’usage de l’eau du robinet (douche, bain, fréquence, durée, etc.) ainsi que disposer de données sur les dimensions des salles de bain, ce qui permettrait de mieux évaluer l’exposition des populations aux polluants hydriques.
En novembre 2003, le plan français vigipirate, a préconisé^[8] de maintenir ou augmenter la chloration pour un taux d'au moins 0,3 milligramme de chlore libre par litre (mg/l) « en sortie des réservoirs » et rester au moins à 0,1 mg/l « en tout point du réseau de distribution ».
Seul le trihalométhane (THM), dont une étude espagnole a montré qu’il était associé à une augmentation du risque de cancer de la vessie, est en France surveillé en continu.

L’InVS recommande de limiter au maximum la formation des sous-produits de chloration, notamment en filtrant la matière organique avant l’étape de désinfection, et en optimisant les méthodes de désinfection.

Publication

La verdunisation des eaux, de Philippe Bunau-Varilla (Paris, Baillière, 1928, 388 pages), qui présente notamment l'« Autojavelliseur automatique Bunau-Varilla » (du nom du chef de bataillon qui l'a inventé), utilisant de faibles doses de chlore permettant de ne pas donner trop de goût à l'eau.

Voir aussi

• Halogénation
• Iodation
• Fluoration
• Chlore
• Eau potable
• Verdunisation
• Chlororésistance

Notes et références

1. ↑ Rideal, Samuel (1895). Disinfection and Disinfectants, p. 57. J.B. Lippincott Co.
2. ↑ Darnall C.R. (1911), "The Purification of Water by Anhydrous Chlorine", American Journal of Public Health; 1: 783–97.
3. ↑ L. Hodges, Environmental Pollution, New York, Rinehart and Winston, 1977, 2nd^e éd., p. 189 
4. ↑ ^{a, b, c, d et e} WA Rutala and DJ Weber ; Uses of inorganic hypochlorite (bleach) in health-care facilities  ; Clinical Microbiology Reviews, Oct 1997, 597-610, Vol 10, No. 4 American Society for Microbiology. (Résumé)
5. ↑ Koski TA, Stuart LS, Ortenzio LF, « Comparison of chlorine, bromine, iodine as disinfectants for swimming pool water. », dans Applied Microbiology, vol. 14, n^o 2, 1 March 1966, p. 276–279 [texte intégral, lien PMID] 
6. ↑ ^{a et b} Hygiène dans l'industrie alimentaire (L'). Les produits et l'application de l'hygiène ; Étude FAO / Production et santé animales 117 ; voir le Chap III. Les désinfectants ; ISBN 92-5-203169-3
7. ↑ Rapport «Estimation de l’exposition, caractérisation du risque et faisabilité d’une surveillance épidémiologique des pathologies liées à la sur-chloration dans la population générale, InVS, juin 2007».
8. ↑ Circulaire DGS/SD7A n°2003-524/DE/19-03 du 7 novembre 2003