DANS L’ENVIRONNEMENT ET LES TRAITEMENTS BIOLOGIQUES DES DÉCHETS ORGANIQUES · 2020. 9. 21. ·...

Microorganismes pathogènes dans l’alimentation humaine et leur survie dans l’environnement et les traitements biologiques des déchets organiques | PAGE 1

MICROORGANISMES PATHOGÈNES DANS L’ALIMENTATION HUMAINE ET LEUR SURVIE DANS L’ENVIRONNEMENT ET LES TRAITEMENTS BIOLOGIQUES DES DÉCHETS ORGANIQUES

SYNTHÈSE


CITATION DE LA SYNTHÈSE

ADEME, Isabelle Deportes, DELOITTE DEVELOPPEMENT DURABLE, Véronique Monier, Mariane Planchon,

Alima Koite. 2018. Microorganismes pathogènes dans l’alimentation humaine et leur survie dans

l’environnement et les traitements biologiques des déchets organiques. Synthèse. 17 pages

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Coordination technique - ADEME : Isabelle DEPORTES

Direction Economie Circulaire et Déchets/Service Mobilisation et Valorisation des Déchets

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TABLE DES MATIERES

1. Contexte et objectifs de l’étude ........................................................................................................ 4

1.1. Contexte de l’étude ..................................................................................................................... 4

1.2. Les objectifs de l’étude ............................................................................................................... 5

1.3. Le périmètre de l’étude ............................................................................................................... 5

2. Résultats ........................................................................................................................................... 6

2.1. Revue de littérature sur la survie des microorganismes pathogènes alimentaires lors des différents traitements des déchets .............................................................................................. 6

2.2. Analyse de la survie des microorganismes dans les sols et lors des traitements ...................... 8

2.2.1. Le compostage ...................................................................................................................... 9

2.2.2. La méthanisation ................................................................................................................... 9

2.2.3. Survie des microorganismes pathogènes dans le sol ........................................................ 10

2.2.4. Limitations de la revue bibliographique ............................................................................... 10

3. Recommandations pour de futures études .................................................................................... 10

3.1. Hiérarchisation des microorganismes ...................................................................................... 10

3.2. Matrices de sélection ................................................................................................................ 11

3.3. Liste des couples microorganismes / modes de traitement pour de futures expérimentations 13

4. Conclusion - Recommandations afin d’améliorer le traitement des déchets alimentaires............. 16

Références bibliographiques ............................................................................................................. 17


1. Contexte et objectifs de l’étude

1.1. Contexte de l’étude

La majorité des aliments consommés contiennent des microorganismes. Alors qu’un certain nombre de ces microorganismes sont inoffensifs pour l’homme, d’autres sont potentiellement pathogènes et responsables de maladies infectieuses d’origine alimentaire. Parmi les microorganismes pathogènes pour l’homme présents dans les aliments, on distingue :

les bactéries, microorganismes composés d’une seule cellule (1 à 10 micromètres), en forme de bâtonnet (alors appelés bacilles) ou de forme sphérique (appelés coques) (INRS, 2018) ;

les virus, entités (autour de 0,1 micromètre) ne pouvant vivre et se multiplier qu’à l'intérieur d’une cellule vivante spécifique de l’homme, d’animaux, d'insectes, de plantes ou de micro-organismes;

les parasites, micro-organismes (protozoaires et helminthes ) vivant aux dépens d'un organisme d’une autre espèce;

et les champignons, micro-organismes (1 à 100 micromètres) pouvant être composés d'une cellule (les levures) ou de plusieurs cellules (les moisissures).

En 2003, l’Institut National de Veille Sanitaire (InVS) a identifié 23 microorganismes pathogènes principaux et a estimé qu’ils étaient à l’origine de 238 836 à 269 085 cas d’infections humaines d’origine alimentaire chaque année en France (InVS, 2003). En plus de ces conséquences sanitaires sur la population humaine, les microorganismes pathogènes présents dans l’alimentation ont des conséquences économiques notables.

Ces microorganismes pathogènes présents dans les aliments se retrouvent naturellement dans les déchets issus de l’alimentation et leur survie dans les déchets est conditionnée par le mode de traitement utilisé. En effet, selon le traitement, les déchets organiques se dégradent dans certaines conditions physico-chimiques qui peuvent influer favorablement ou défavorablement sur la survie des microorganismes pathogènes présents.

En fonction de leur origine (particuliers, petites et grandes distributions, restauration…), les déchets peuvent être traités seuls ou en mélange :

en compostage, procédé de transformation aérobie (en présence d’oxygène) de matières fermentescibles dans des conditions contrôlées. Il permet l’obtention d’une matière fertilisante stabilisée riche en composés humiques, le compost, susceptible d'être utilisé, s’il est de qualité suffisante, en tant qu'amendement organique améliorant la structure et la fertilité des sols ;

en méthanisation (encore appelée digestion anaérobie), procédé biologique basé sur la dégradation par des micro-organismes de la matière organique, en conditions contrôlées et en l’absence d’oxygène. Elle aboutit à la production de biogaz pouvant être utilisée pour la production d’électricité et de chaleur et la production de digestat pouvant être utilisé en tant qu’amendement organique après éventuellement une phase de maturation par compostage ;

avec un sécheur thermique de déchets, procédé thermique qui consiste en un transfert de masse et de chaleur visant à éliminer l’eau interstitielle contenue dans les déchets/boues. Il s’agit d’un procédé intermédiaire de traitement des boues et déchets qui ouvre des possibilités d’élimination ou de valorisation dans un grand nombre de filières (épandage, valorisation matière, etc.);

en broyage, procédé mécanique qui consiste à réduire la taille des déchets ; la pulpe obtenue est envoyée dans le réseau public d'assainissement et la fraction liquide est soit stockée en biotank ou envoyée dans le réseau public d’assainissement. A noter que ce protocole est interdit en France à ce jour mais d’après la loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV), l’ADEME doit explorer la possible mise en place de ce mode de traitement.

Ces traitements sont pour certains peu hygiénisants. A titre d’exemple, un travail de recherche bibliographique commandité par l’ADEME en 1998 (Dor et al., 1998) a mis en évidence qu’un certain dispositif de méthanisation permet d’éliminer les salmonelles en 10 minutes dans des conditions thermophiles (60 °C) alors qu’il faut 48 heures pour éliminer ces mêmes bactéries dans des conditions mésophiles (35 °C).


En revanche, les bactéries Bacillus cereus et Clostridium responsables de toxi-infections sont résistantes aux conditions thermophiles et mésophiles. Les microorganismes pathogènes présents dans l’alimentation peuvent également se retrouver indirectement via les déchets dans les sols et les milieux aquatiques qui influent positivement ou négativement sur leur survie en fonction des conditions environnementales. Une publication sur les risques actuels et futurs des agents pathogènes précise ainsi que le sol peut contribuer à la propagation de microorganismes, dont certains sont pathogènes comme la bactérie Listeria monocytogenes provoquant la listériose1.

1.2. Les objectifs de l’étude

La réglementation, tant française qu’européenne, prévoit un suivi des microorganismes dans les déchets organiques uniquement limité à quelques indicateurs de traitement des déchets et quelques pathogènes. Au égard à la LTECV, la prise en charge des déchets organiques via des traitements type compostage et méthanisation va augmenter. Un des enjeux est donc de s’assurer que la liste des indicateurs et des pathogène suivis est complète et pertinente, et identifier les risques existants au regard de l’ensemble des pathogènes présents dans les déchets organiques.

Dans ce contexte, l’ADEME a souhaité avoir une vision plus précise de la survie des microorganismes pathogènes au cours du traitement des déchets alimentaires. La survie des microorganismes dans le sol, et leurs interactions avec l’environnement (microflore du sol, plantes, faune), ont également fait partie du périmètre d’étude. Les objectifs spécifiques de cette étude étaient les suivants :

Réaliser un panorama des caractéristiques de la survie des microorganismes pathogènes au cours du traitement des déchets organiques et dans les sols à travers une revue bibliographique.

Dresser la synthèse des caractéristiques des microorganismes pathogènes (cycle parasitaire, impacts sanitaires, conditions physico-chimique délétères, survie dans les traitements de déchets et les sols, etc.) sous forme de fiche descriptive.

Sélectionner les microorganismes prioritaires présentant des lacunes en termes de connaissances scientifiques relatives à leur survie au cours des traitements des déchets organiques ; afin de proposer des couples microorganismes/mode de traitement à suivre prioritairement (via leurs substituts idéalement) lors d’une prochaine étude soutenue par l’ADEME et incluant des expérimentations de survie in situ.

Proposer des lignes directrices de conduite afin d’améliorer le traitement des déchets alimentaires ainsi que le capital de connaissances scientifiques sur la survie de certains microorganismes.

1.3. Le périmètre de l’étude

L’étude portait sur quatre principaux modes de traitement des déchets indiqués dans le tableau ci-dessous :

Compostage Méthanisation Sécheur thermique

Broyage

- À domicile

- De quartier

- Autonome en

établissement

- Industriel

- Mésophile

- Thermophile

- - Avec envoi de la

pulpe/fraction liquide dans

le réseau public

d’assainissement

- Avec stockage en biotank

de la partie liquide

La liste des microorganismes faisant l’objet de l’étude a été établie en se basant sur la publication de référence de InVS/AFSSA « Morbidité et mortalité dues aux maladies infectieuses d’origine alimentaire en France » qui présente les pathogènes alimentaires observés en France (InVS, 2003) : 13 bactéries, 2 virus et 7 parasites présentés dans le tableau ci-dessous :

1

Bauda P., Monfort P., 2004. Agents pathogènes et modifications des environnements : quels risques actuels et futurs ? http://www.jle.com/fr/revues/ers/e-

docs/agents_pathogenes_et_modifications_des_environnements_quels_risques_actuels_et_futurs__263042/article.phtml?tab=texte

http://www.jle.com/fr/revues/ers/e-docs/agents_pathogenes_et_modifications_des_environnements_quels_risques_actuels_et_futurs__263042/article.phtml?tab=textehttp://www.jle.com/fr/revues/ers/e-docs/agents_pathogenes_et_modifications_des_environnements_quels_risques_actuels_et_futurs__263042/article.phtml?tab=texte


Maladie Microorganisme

Maladies bactériennes et bactéries associées

Toxi-infection à Bacillus cereus Bacillus cereus

Botulisme Clostridum botulinum

Brucellose

Brucella abortus

Brucella suis

Brucella melitensis

Infection à Campylobacter

Campylobacter jejuni

Campylobacter lari

Campylobacter coli

Camylobacter upsaliensis

Campylobacter fetus

Toxi-infection à Clostridium perfringens Clostridium perfringens

Infection à Escherichia coli producteur de shigatoxines

Escherichia coli producteurs de shigatoxines (STEC), et plus particulièrement E. coli entérohémorragiques

Listériose Listeria monocytogenes

Salmonelloses non typhiques Salmonella (autre que Typhi et Paratyphi)

Shigellose

Shigella dysenteriae

Shigella flexneri

Shigella boydii

Shigella sonnei

Toxi-infection à Staphyloccocus aureus Staphylococcus aureus

Fièvres typhoïde et paratyphoïdes Salmonella Typhi et Paratyphi

Infection à vibrions non cholériques Vibrio parahaemolyticus

Yersiniose Yersinia enterocolitica

Yersinia pseudotuberculosis

Maladies virales et virus associés

Hépatite A Virus Hépatite A (VHA)

Infection à norovirus Norovirus

Maladies parasitaires et parasites associés

Anisakiase Anisakis marina (simplex)

Bothriocéphalose Diphyllobothrium latum

Echinococcoses Echinococcus multilocularis

Fasciolase Fasciola hepatica

Fasciola gigantica

Taeniasis

Taenia saginata

Taenia solium

Hymenolepis nana

Diphyllobothrium latum

Toxoplasmose Toxoplasma gondii

Afin de caractériser au mieux la survie de ces pathogènes lors du traitement des déchets, des informations ont été recherchées dans la littérature existante sur la survie dans les traitements de déchets biologiques et dans l’environnement (les sols, les eaux et les boues), la toxicité - notamment les maladies associées et les doses infectieuses - ainsi que la persistance des toxines et métabolites produits par le microorganisme dans les déchets et les sols.

2. Résultats

2.1. Revue de littérature sur la survie des microorganismes pathogènes alimentaires lors des différents traitements des déchets


La recherche bibliographique a permis de collecter 145 publications pertinentes qui ont ensuite été analysées. L’analyse de ces publications a montré que le type de microorganismes le plus étudié est le groupe des bactéries, viennent ensuite les parasites, puis les virus2.

Au sein de la famille des bactéries, six microorganismes pathogènes font l’objet de la majorité des efforts de recherche: Salmonella (hors Typhi et Paratyphi), Escherichia coli entérohémorragiques, Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Campylobacter et le groupe Bacillus cereus (y compris Bacillus thuringiensis). Concernant les virus, celui de l’hépatite A est bien plus étudié que le norovirus. Quant aux parasites, une préférence est donnée à l’étude des œufs d’helminthes de manière générale sans précision des espèces, comme l’impose la règlementation française sur les matières fertilisantes.

En ce qui concerne les modes de traitement des déchets, le compostage et la méthanisation sont les plus étudiés. Aucune donnée n’a été trouvée dans la littérature concernant des expérimentations sur la survie de microorganismes pathogènes lors du broyage (uniquement l’étape de broyage) ou du séchage thermique de déchets biologiques. En effet, le séchage thermique étant réputé pour être totalement hygiénisant (du fait d’une température atteignant les 80 °C), peu d’études ont été menées en détail sur l’influence de ce traitement sur la survie des pathogènes.

Cette analyse a permis d’identifier les microorganismes pathogènes pour lesquels le niveau d’information est faible quant à la survie dans l’environnement et les modes de traitement des déchets. Le Tableau 1 présente via un code couleur la quantité de données disponibles par microorganisme et par mode de traitement/ Environnement.

Niveau de sécurité biologique3

(P1: le moins dangereux P4 : le plus dangereux)

Microorganismes

Modes de traitement / Environnement

Compostage Méthanisation Sols/Eaux

P1 Bacillus cereus

P2

Clostridium botulinum

Campylobacter jejuni

Campylobacter lari

Campylobacter coli

Campylobacter upsaliensis

Campylobacter fetus

Clostridium perfringens

Listeria monocytogenes

Salmonella (autre que Typhi et Paratyphi)

Shigella dysenteriae

Shigella flexneri

Shigella boydii

Shigella sonnei

2 A noter que cette répartition est en partie biaisée par le nombre différent de microorganismes considérés dans chaque type selon la liste d’étude. 3 Le niveau de sécurité biologique correspond au classement règlementaire des agents biologiques selon leur pathogénicité conformément à l’article R. 4421-3 du code du travail. Niveau 1 : Concerne les agents ne causant généralement pas de maladie chez l'adulte en bonne santé. Niveau 2 : Concerne les agents associés à des maladies humaines dont la transmission se fait par blessure percutanée, ingestion, ou exposition à une muqueuse. Niveau 3 : Concerne les agents indigènes ou exotiques dont la contagion peut se faire par l'air et qui peuvent avoir des conséquences sérieuses voire mortelles. Niveau 4 : Concerne les agents dangereux ou exotiques avec un fort risque de décès et une transmission par l'air, ou les agents similaires dont le risque de transmission est inconnu.


Niveau de sécurité biologique3

(P1: le moins dangereux P4 : le plus dangereux)

Microorganismes

Modes de traitement / Environnement

Compostage Méthanisation Sols/Eaux

Staphylococcus aureus

Salmonella Paratyphi (A, B, C)

Vibrio parahaemolyticus

Yersinia enterocolitica

Yersinia pseudotuberculosis

Virus Hépatite A

Diphyllobothrium latum

Fasciola hepatica

Fasciola gigantica

Taenia saginata

Hymenolepis nana

Toxoplasma gondii

P3

Brucella abortus

Brucella suis

Brucella melitensis

Escherichia coli (souches entérohémorragiques)

Salmonella Typhi

Echinococcus multilocularis

Taenia solium

n/a Norovirus

n/a Anisakis marina (simplex)

Tableau 1 : Tableau récapitulant le nombre de publications sur la survie des microorganismes

3 publications ou plus Légende : Moins de 3 publications

Pas de données

2.2. Analyse de la survie des microorganismes dans les sols et lors des traitements

La revue bibliographique réalisée a permis d’identifier les microorganismes capables de survivre – ou non – à certains modes de traitement des déchets alimentaires (compostage et méthanisation), et également dans les compartiments environnementaux, ainsi que les caractéristiques de cette survie selon, entre autres, les paramètres physico-chimiques du traitement. Des données plus précises et détaillées sont fournies dans des fiches descriptives dédiées à chaque microorganisme pathogène à l’étude. Ces fiches sont disponibles sur le site de l’ADEME.


Bien que les résultats issus de cette revue de littérature soient différents pour chaque couple (type de traitement/microorganisme) et également complètement dépendants des caractéristiques physico-chimiques présentes pendant l’expérimentation ainsi que des méthodes de détection des microorganismes, quelques conclusions générales peuvent être tirées sur l’influence des modes de traitement des déchets sur la survie des pathogènes.

2.2.1. Le compostage

Le compostage met en œuvre deux principales gammes de températures : mésophile et thermophile. La phase mésophile correspond à la phase initiale du procédé, les températures sont relativement faibles et se situent aux environs de 20-45 °C. La phase thermophile correspond à la seconde phase avec une augmentation de température pouvant atteindre 70 °C. A noter que les autres paramètres physico-chimiques (pH, activité de l’eau, teneur en oxygène, disponibilité en substrats) varient également durant ces deux phases. Ceux-ci ne seront pas détaillés.

D’après la revue de littérature, les microorganismes susceptibles de survivre à la phase mésophile du compostage sont les œufs d’helminthes, qui regroupent à la fois les œufs de nématodes [Ascaris, Trichuris, Toxocara] et de cestodes [Taenia, Hymenolepis] (Schwartzbrod et al.,1999), la bactérie Bacillus cereus à l’état sporulé (Stanford et al., 2015) et la bactérie Salmonella Senftenberg.

Concernant la phase thermophile, la montée en température permet de détruire de nombreux germes pathogènes, notamment les microorganismes psychrotrophes et psychrophiles tels que Listéria monocytogenes (Brochier et al. – 2012) et les œufs d’Hymenolepis spp., (Schwartzbrod, et al., 1999). Cette phase permet également l’inactivation des virus (Strauch et al., 1998).

En revanche certains microorganismes peuvent survivre à ces températures en particulier les salmonelles (autre que Typhi et Paratyphi), Bacillus cereus, E. coli entéro-hémorragiques, Shigella ainsi que le parasite Taenia saginata. Ces microorganismes pathogènes ont été détectés lors du compostage industriel dans des matrices de déchets contenant notamment des déchets animaux.

Les microorganismes pathogènes ayant été détectés lors du compostage de quartier sont les bactéries Clostridium perfringens et Bacillus cereus.

Par ailleurs de nombreuses publications ont mentionné la survie de certains microorganismes lors du stockage des déchets. Il s’agit notamment de Listeria monocytogenes et Salmonella Typhimurium qui ont été détectés dans du compost stocké après contamination, et ces études ont montré que le stockage prolonge la durée de survie de ces pathogènes surtout lorsque la température de la phase de fermentation est faible ou si le compost ne subit pas de maturation.

2.2.2. La méthanisation

A la différence du compostage, la méthanisation est un procédé monophasique à température quasi-constante. Selon la température de réaction, deux types de méthanisation existent : la méthanisation mésophile avec une température de traitement comprise entre 35-40 °C et la méthanisation thermophile avec une température de 50-55 °C. Les autres paramètres physico-chimiques peuvent varier pendant le traitement, influençant ainsi la durée de survie des microorganismes pathogènes. De plus, dans le cas des déchets contenant des sous-produits animaux de catégorie 3, un prétraitement (pasteurisation ou hygiénisation qui s’effectue à 70 °C pendant 60 min) est nécessaire avant entrée des déchets dans le digesteur. Il a été observé que ce prétraitement permet l’élimination des salmonelles, notamment Salmonella Senftenberg, Salmonella Agona et Salmonella Oranienburg (Smith et al., 2005) et la bactérie Escherichia coli entérohémorragique.

D’après la revue de littérature, les microorganismes qui peuvent résister à la méthanisation mésophile sont les bactéries Bacillus cereus, Escherichia coli entérohémorragique, les salmonelles, Campylobacter jejuni, les œufs d’helminthes et les virus.

Quant à la méthanisation thermophile, du fait des températures relativement élevées lors de ce traitement, les durées de survie des pathogènes sont généralement inférieures à 24 h, à l’exception des œufs d’helminthes qui sont souvent peu inactivés par ce traitement (ADEME, 2001). Les microorganismes pathogènes qui peuvent être détectés lors de la méthanisation thermophile sont les bactéries Escherichia coli entérohémorragiques et Bacillus cereus.

Des microorganismes peuvent également être détectés dans les digestats de méthanisation, et cette survie est favorisée par le stockage.


C’est notamment le cas de Salmonella Senftenberg, Salmonella Livingstone et Salmonella Typhimurium dont la survie est favorisée lors du stockage des digestats à des températures faibles (Paavola et Rintala, 2008). D’autres paramètres climatiques tels que la température et l’humidité ont également une influence sur cette survie.

2.2.3. Survie des microorganismes pathogènes dans le sol

La survie des pathogènes dans le sol dépend principalement du climat et de la composition du sol. D’autres paramètres physico-chimiques tels que le pH et l’humidité du sol peuvent également influencer le temps de survie. D’après la revue bibliographique, les microorganismes pathogènes qui survivent dans le sol sont :

Les bactéries Staphylococcus aureus, Shigella spp., Escherichia coli entérohémorragiques, les Campylobacter thermotolérants, Brucella spp., Clostridium perfringens, Yersinia pseudotuberculosis et Yersinia enterocolitica ;

Les parasites Toxoplasma gondii sous la forme d’oocystes, certains œufs d’helminthes ;

Le virus de l’hépatite A et norovirus

Certains microorganismes étudiés dits édaphiques, ont le sol comme habitat naturel et peuvent donc y survivre pendant des décennies. Il s’agit de notamment de Bacillus cereus, Clostridium botulinum (type A) et Listeria monocytogenes. En plus de ces microorganismes endogènes, on peut également observer le transfert de certains pathogènes à la surface et à l’intérieur des cultures, par l’apport d’un compost ou d’un résidu de méthanisation. Parmi les bactéries pathogènes susceptibles d’adhérer aux végétaux, on compte Salmonella Typhimurium, Listeria monocytogenes, Staphyloccoccus aureus et Escherichia coli O157:H7 (De Giudici et al., 2011). Des études ont également montré que les œufs d’helminthes et C. perfringens peuvent être détectés à la surface de cultures au niveau des racines (Brochier et al., 2012).

2.2.4. Limitations de la revue bibliographique

Il est important de souligner que ces données donnent une bonne estimation de la capacité de survie et du comportement des pathogènes pendant le traitement ou dans les produits de digestion. Cependant, il faut garder à l’esprit que plusieurs limitations existent pour cet exercice de revue, notamment liées aux conditions expérimentales :

La représentativité des résultats : le faible nombre de publications associées à un couple donné [microorganisme-mode de traitement] limite la possibilité de généraliser les enseignements tirés. Par ailleurs, les microorganismes présentés ont survécu aux différents types de traitement étudiés sur la base de la revue de littérature. De fait, certains microorganismes survivant à un type de traitement peuvent ne pas être cités s’ils n’ont pas été étudiés dans les publications analysées ou que les résultats sont trop incertains et n’ont donc pas été reportés ici.

Les limites de l’ensemencement : la plupart des publications analysées étudient la survie des microorganismes après ensemencement du compost/du digestat plutôt que des microorganismes endogènes à ces milieux ; ainsi les résultats sont susceptibles de varier fortement d’une étude à l’autre en fonction de la méthodologie utilisée et des conditions d’ensemencement (du fait que le changement de milieu vers une matrice hétérogène non adaptée provoque un stress chimique/thermique, prise en compte ou non d’un temps d’adaptation des microorganismes, etc.)

Les méthodes de détection : certaines techniques détectent à la fois les cellules mortes et vivantes, ou au contraire ne détectent pas les cellules viables non cultivables (VNC), ce qui peut surestimer ou sous-estimer la population de microorganismes.

3. Recommandations pour de futures études

3.1. Hiérarchisation des microorganismes

La hiérarchisation permet d’identifier les microorganismes pathogènes prioritaires présentant des lacunes en termes de connaissances scientifiques relatives à leur survie au cours des traitements des déchets organiques. L’objectif est de proposer une liste de microorganismes sur lesquels il serait intéressant de mettre en place des campagnes de mesures expérimentales ou in situ.


Cette hiérarchisation a été réalisée sur la base du niveau de dangerosité des microorganismes et du manque de données associé à chaque couple [microorganisme - mode de traitement] (voir Tableau 1).

Les microorganismes ont, au préalable, été hiérarchisés en fonction de leur dangerosité en tenant compte des critères comme l’incidence, le taux de létalité associé au microorganisme, la dose infectieuse, la capacité à sporuler et la déclaration obligatoire (MDO) de la maladie associée au microorganisme.

Cette hiérarchisation a permis d’identifier les pathogènes présentant le niveau de dangerosité le plus élevé : Clostridium botulinum, Salmonella Typhi, Salmonella Paratyphi (A, B, C), Salmonella (non Typhi et non Paratyphi), Shigella dysenteriae, virus de l’Hépatite A, Clostridium perfringens, E. coli (souches cyto-toxiques/entérohémorragiques), Campylobacter jejuni et Brucella spp. En raison d’un manque de données, aucun niveau de dangerosité n’a pu être attribué à Fasciola gigantica et Hymenolepis nana.

3.2. Matrices de sélection

La sélection des microorganismes prioritaires a été réalisée en croisant le niveau de dangerosité global du microorganisme et la disponibilité des données sur la survie dans les modes de traitement des déchets. On obtient ainsi une matrice de sélection qui permet d’identifier trois catégories de microorganismes :

Les microorganismes ayant une dangerosité forte ou moyenne mais qui présentent un nombre

élevé de publications sur la survie, ceux-ci ne sont pas sélectionnés du fait du nombre élevé

d’études à leur sujet. Il s’agit notamment de Salmonella (autre de Typhi et Paratyphi), E. coli

entérohémorragique et Listeria monocytogenes ;

Les microorganismes qui présentent une dangerosité faible avec pas ou peu de données sur

la survie dans les modes de traitement des déchets, ceux-ci ne sont pas non plus prioritaires

du fait de leur faible niveau de dangerosité. Il s’agit principalement des parasites tels que

Anisakis marina et Vibrio parahaemolyticus ;

Et enfin les microorganismes qui présentent une dangerosité élevée ou moyenne avec pas ou

peu de données sur la survie dans les traitements (cadran rouge). Ces microorganismes sont

prioritaires du fait de leur dangerosité et du nombre limité d’études sur la survie dans les

traitements.

Figure 1 : Matrice de sélection des microorganismes selon la disponibilité des données de survie en compostage et la dangerosité


Figure 2 : Matrice de sélection des microorganismes selon la disponibilité des données de survie en méthanisation et la dangerosité


3.3. Liste des couples microorganismes / modes de traitement pour de futures expérimentations

Le tableau ci-dessous présente la liste finale des microorganismes prioritaires sélectionnés pour de futures expérimentations concernant leur survie durant le compostage et/ou la méthanisation ; ou également leur survie dans l’environnement amendé.

A noter que les souches les plus virulentes (microorganisme de catégorie P3) pour lesquelles il n’existe pas d’organisme de substitution n’ont pas été sélectionnées pour les expérimentations. Ces microorganismes ne peuvent pas être utilisés dans les expériences de routine en laboratoire. Il s’agit des bactéries Brucella (melitensis, abortus, suis), Echinococcus multilocularis et Salmonella Typhi et Shigella dysenteriae de type 1. De plus, les pathogènes pertinents vis-à-vis d’une localisation française (métropole et outre-mer), ont été favorisés.


Microorganismes pathogènes

Organismes de substitution pour les

expérimentations Dangerosité Compostage Méthanisation

Internalisation par les cultures

Survie dans les dans les traitements (et) susceptibles de contaminer les cultures

Shigella sonnei et flexneri

Pas besoin d’organisme de substitution pour les expérimentations

A l’origine de la shigellose, une maladie à incidence faible en France mais pouvant être importée des régions tropicales. Ainsi 868 S. flexneri et 1 641 S. sonnei ont été rapportés en France en 2016 (incidence moyenne). La létalité liée à cette maladie est quasi-nulle mais la dose infectieuse est faible

X X

Virus hépatite A Pas besoin d’organisme de substitution pour les expérimentations

L’hépatite A est une maladie à déclaration obligatoire en France, avec une incidence élevée, en moyenne 1 300 nouveaux cas sont déclarés chaque année. C’est la forme généralement la plus bénigne des hépatites virales avec une létalité très faible

X X

Norovirus Pas besoin d’organisme de substitution pour les expérimentations

Nororvirus est la principale cause de gastro-entérites en France avec près de 3 549 cas sur l’ensemble de la période 2010-2015 (incidence moyenne). La létalité est cependant rare

X X

Clostridium botulinum (et C. perfringens)


C. botulinum : Microorganisme sporulant, qui produit la toxine botulique considérée comme le poison le plus puissant qui existe à ce jour. L’incidence est faible en France (22 cas en 2015) mais avec un taux de mortalité moyen (5-10 %), le botulisme humain nécessite un suivi afin d’adapter, au besoin, les mesures de prévention et de contrôle. C. perfringens : Microorganisme sporulant résistant aux traitements à l’origine de nombreuses toxi-infections alimentaires avec une incidence moyenne en France et une létalité rare. C. perfringens est retrouvé à la surface des cultures et parfois dans les racines des plantes

X (sauf C.

perfringens)

X (sauf C.

perfringens)

X (cas de C. perfringens)

Staphylococcus aureus


Microorganisme à l’origine de gastro-entérite aigue (GEA) avec une incidence faible à moyenne en France (243 cas en 2015) X X

Salmonella Paratyphi

(A, B, C) Salmonella Senftenberg moins virulent que le sérotype Paratyphi

Microorganisme à l’origine de fièvres paratyphoïdes avec une létalité élevée (10 % en l'absence de traitement antibiotique). L’incidence est faible en France et est principalement liée à la notion de voyage (38 cas en 2014). Selon les experts, cette bactérie peut potentiellement être internalisée par les plantes

X X X

Campylobacter spp. (en particulier fetus, coli et jejuni)


Microorganismes à l’orgine de TIAC avec une forte incidence en France et en Europe (200 000 cas confirmés dans l'UE en 2014 soit environ 25 000 cas en France)

X X

(sauf C. jejuni)


Microorganismes pathogènes

Organismes de substitution pour les

expérimentations Dangerosité Compostage Méthanisation

Internalisation par les cultures

Bacillus cereus Pas besoin d’organisme de substitution pour les expérimentations

Microorganisme sporulant avec un enjeu important dans l'industrie agroalimentaire. B. cereus est à l’origine de nombreuses toxi-infections d’origine alimentaire (MDO) en France avec plus de 545 cas en 2015. La létalité est cependant faible

X

Contamination des cultures uniquement

E. Coli entérohémorragiques Escherichia coli WDCM

00014

E. coli entéropathogène est à l’origine de TIAC avec une létalité moyenne (3-5 %) et une incidence faible en France (111 cas en 2011). E. coli endogène ou introduit dans le sol par le biais de compost ou de résidus de méthanisation peut être internalisé par les cultures

X

Listeria monocytogenes


A l’origine de la listériose, une MDO à incidence faible à moyenne (300 cas par an en moyenne en France) mais pouvant devenir grave chez certaines populations sensibles (létalité de 20-30 %). L. monocytogenes est une bactérie très répandue dans l’environnement, et résistante dans le milieu extérieur, elle se retrouve à la surface des plantes et peut être internalisée par ces dernières

X

S. Senftenberg S. Typhimurium


En France, Salmonella est le premier agent pathogène confirmé dans les foyers de toxi-infections alimentaires collectives (TIAC) avec près de 7153-8927 cas par an de 2011 à 2013 et représentaient 48 % des foyers en 2015. Les serovars Senftenberg et Typhimurium sont parmi les plus isolés dans les cas de salmonellose. En 2015, les infections à S. Senftenberg représentaient 16 % des infections dans les troupeaux de volailles et S.

Typhimurium, 9%. Des études scientifiques ont mentionnées que ces bactéries peuvent être internalisées par les cultures amendées avec du compost et/ou digestats contaminés.

X

Les œufs d’helminthes Pas besoin d’organisme de substitution pour les expérimentations

Les helminthes sont des vers parasites de l’Homme regroupant les trématodes, cestodes et les némathelminthes. Les oeufs d'helminthes peuvent être détectés à la surface des plantes au niveau des racines

X


4. Conclusion - Recommandations afin d’améliorer le traitement des déchets alimentaires

Des dispositions réglementaires existent déjà au niveau français et européen pour limiter la propagation des microorganismes pathogènes pour l’homme dans les aliments, les déchets organiques alimentaires et les sols. Cependant, nous évoquerons quelques élargissements de leurs exigences pour couvrir certains risques mis en lumière par cette revue de littérature.

D’après les résultats de la revue de littérature, il apparaît que ni le compostage ni la méthanisation ne sont des procédés de traitement des déchets biologiques complètement hygiénisants, car quelques pathogènes sont capables d’y survivre, au moins plusieurs jours jusqu’à plusieurs mois. L’absence de données sur le séchage et le broyage empêche toute conclusion.

En effet, le seul traitement efficace pour éliminer les pathogènes de la liste d’étude est la pasteurisation du déchet (> 70 °C) avant traitement. La revue de littérature a montré que les déchets inoculés puis pasteurisés ne montraient aucune survie de pathogènes, qu’ils subissent ensuite un compostage ou une méthanisation. A l’inverse, toutes les données de survie à ces différents traitements présentées dans la synthèse bibliographique sont issues de déchets non pasteurisés puis compostés/méthanisés.

Le Règlement (CE) n°1069/2009 prévoit la pasteurisation (ou hygiénisation) de tout sous-produit animal de catégorie 3 avant toute utilisation en compostage ou méthanisation. Cette obligation de pasteurisation ou de prétraitement thermique apparaît donc pertinente, et pourrait être étendue à tout déchet biologique à destination du compostage ou de la méthanisation, et de qui plus est pour une utilisation ultérieure en épandage. Il faut cependant prendre en compte les critères de faisabilité technique et économique pour la mise en œuvre de telles recommandations sur le terrain. Moins contraignante, une recommandation ou une obligation de suivi pour toujours veiller à ce que les procédés de compostage et de méthanisation atteignent toujours leur température optimale (>50 °C) est également une piste à explorer.

La norme française NFU 44-051 d’avril 2006 fixe des valeurs limites en concentrations de Salmonella (autre que Typhi et Paratyphi), Clostridium perfringens, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus faecalis et les œufs d’helminthes viables. Cependant, la revue bibliographique a montré que d’autres pathogènes étaient capables de survivre au compostage, à savoir Bacillus cereus et Shigella spp. Une extension de la norme à ces pathogènes, avec des valeurs limites dédiées selon leur risque infectieux, pourrait permettre une meilleure protection sanitaire lors de l’utilisation des composts.

Un seul texte impose des valeurs limites de concentrations en pathogènes dans les digestats issus de la méthanisation. Il s’agit d’un cahier des charges pour certains digestats qui propose comme seuil pour Escherichia coli ou Enterococcaceae 1000 CFU/g et une absence de Salmonella / 25g4. Or, la revue de littérature a mis en lumière la survie de nombreux pathogènes lors de la méthanisation mésophile (Bacillus cereus, E. coli entérohémorragiques, Salmonella spp., Clostridium perfringens, Campylobacter spp. Taenia spp., virus de l’Hépatite A et Norovirus), et de Clostridium perfringens lors de la méthanisation thermophile. Une norme de même type que la NFU 44-051 pourrait donc fixer des teneurs maximales en ces pathogènes dans les digestats de méthanisation.

Outre les mesures réglementaires, quelques lignes directrices de conduite afin d’améliorer le traitement des déchets biologiques peuvent être tirées de la synthèse bibliographique :

Une recommandation simple est d’éviter le stockage des déchets avant traitement pendant une

longue période, ainsi que du compost et du digestat de méthanisation à température moyenne

pour éviter notamment la sporulation de certains pathogènes ;

Il convient également d’éviter le stockage des déchets à des températures supérieures à 20-

25 °C, pour limiter la sporulation de certains pathogènes à températures élevées ; ceci rend les

spores plus résistantes aux traitements.

Afin de limiter l’apport en substrat favorable au développement de populations de

microorganismes pathogènes, le compostage domestique ou industriel doit plutôt être réalisé

en conditions d’alimentation semi-continue plutôt que continue.

4 Arrêté du 13 juin 2017 approuvant un cahier des charges pour la mise sur le marché et l’utilisation de digestats de méthanisation agricoles en tant que matières fertilisantes


Références bibliographiques La liste complète des références est disponible dans le rapport, ne sont détaillées ici que celles citées dans le texte de la synthèse.

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L’ADEME EN BREF L'Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l'Énergie (ADEME) participe à la mise en œuvre des politiques publiques dans les domaines de l'environnement, de l'énergie et du développement durable. Elle met ses capacités d'expertise et de conseil à disposition des entreprises, des collectivités locales, des pouvoirs publics et du grand public, afin de leur permettre de progresser dans leur démarche environnementale. L’Agence aide en outre au financement de projets, de la recherche à la mise en œuvre et ce, dans les domaines suivants : la gestion des déchets, la préservation des sols, l'efficacité énergétique et les énergies renouvelables, les économies de matières premières, la qualité de l'air, la lutte contre le bruit, la transition vers l’économie circulaire et la lutte contre le gaspillage alimentaire. L'ADEME est un établissement public sous la tutelle conjointe du ministère de la Transition Écologique et Solidaire et du ministère de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche et de l'Innovation.


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MICROORGANISMES PATHOGÈNES DANS L’ALIMENTATION HUMAINE ET LEUR SURVIE DANS L’ENVIRONNEMENT ET LES TRAITEMENTS BIOLOGIQUES DES DÉCHETS ORGANIQUES

La majorité des aliments consommés contiennent des microorganismes. Alors qu’un certain nombre de ces microorganismes sont inoffensifs pour l’homme, d’autres sont potentiellement pathogènes et responsables de maladies infectieuses d’origine alimentaire. Ils disparaissent lors de traitements appliqués aux biodéchets de cuisine qui sont susceptibles de les contenir.

32 fiches décrivant ces microorganismes sont proposées ainsi que la synthèse de l’étude qui discute des connaissances de la survie des microorganismes dans les traitements des biodéchets et dans les sols.

DANS L’ENVIRONNEMENT ET LES TRAITEMENTS BIOLOGIQUES DES DÉCHETS ORGANIQUES · 2020. 9. 21. ·...

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