FAEC :: Interaction entre le rayonnement solaire et la tisane d'artemisia annua pour la désinfection de l'eau de la Ciénaga de Ayapel en Colombie

Interaction entre le rayonnement solaire et la tisane
d'artemisia annua pour la désinfection de l'eau
de la Ciénaga de Ayapel en Colombie

Andrés Felipe Cano Torres*, Yamilet Arcos Arango*, Pierre Lutgen**, Néstor Jaime Aguirre Ramírez*

*Universidad de Antioquia, Facultad de Ingeniería, Escuela Ambiental, Grupo de Investigación en Gestión y Modelación Ambiental GAIA **IFBV, Luxembourg

Les objectifs de ce projet

Démontrer aux habitants des localités El Cedro et Seheve l'efficacité et les avantages de la désinfection de l'eau par la méthode SODIS (solar disinfection)
Procéder à l'analyse physico-chimique de l'eau limnique captée dans la zone lagunière de Ayapel afin de pouvoir suivre l'effet des traitements appliqués sur ses caractéristiques physico-chimiques.
Traiter l'eau par la méthode SODIS et avec des extraits aqueux de la plante artemisia annua.
Réaliser les analyses microbiologiques (coliformes totaux et fécaux) sur les échantillons d'eau traitée en utilisant la technique des tubes multiples (Fluorocult LMX) et de filtration membranaire pour déterminer si elle est de qualité suffisante pour la santé humaine.

Résumé des résultats

L'efficacité de la désinfection de l'eau par la méthode SODIS ou par des extraits d'artemisia a pu être démontrée. La combinaison des deux méthodes garantit un résultat acceptable par périodes nuageuses. A remarquer également que dans le cas de ce travail l'efficacité de la tisane d'artemisia annua était obtenue par simple filtration de l'eau contaminée à travers une couche d'herbe sèche posée sur tamis.

La tisane d'artemisia annua peut donc efficacement contribuer à la production d'eau potable dans les pays du Sud, où 17 000 enfants meurent tous les jours de maladies dysentériques.

Méthodologie

Les approches mises en oeuvre pour le traitement des eaux, les analyses physicochimiques et microbiologiques sont décrites dans les diagrammes suivants:

Prise des échantillons

Figure 1. Diagramme des flux pour la prise des échantillons dans la Cienaga de Ayapel

Méthodologie pour la préparation de l'extrait de A. annua.

Figure 2. Diagramme de flux pour préparer l'extrait d'artemisia annua.

Figure 3. Diagramme de flux pour la mise en oeuvre de SODIS (Jaimes, 2006).

Figure 4. Diagramme de flux pour l'analyse microbiologique (APHA AWWA, WPCF, 1995).

Résultats
Résultats physico-chimiques

Coordonnées de la prise d'échantillon

date	heure	N	W	rayonnement solaire (lux)
11 novembre 2008	8:30 AM	08°17'53.3'	075°08'11.9''	2000 (matinée fort nuageuse)

Tableau 1. Date, heure, coordonnées et rayonnement solaire lors de la prise d'échantillon

Démarrage de l'expérience

Heure	Rayonnement solaire (lux)	Température (°C)	pH	Conductivité (µs/cm)	Solides dissous (mg/L)	Oxygène dissous (mg/L)
11:00 AM	76600	31	6.85	21.9	20	5.0

Tableau 2. Données physico-chimiques au démarrage de l'expérience
Rayonnement solaire (lux)

Heure	08:30 AM	11:00 AM	12:30 PM	2:00 PM	3:30 PM	5:00 PM
Rayonnement	2000	76600	75200	51000	33200	2400

Tableau 3. Mesures du rayonnement solaire au cours de l'expérience

Figure 5. Variation du rayonnement solaire au cours de la journée

Les mesures se sont faites à des intervalles de 90 minutes. On voit que le rayonnement est à son maximum à l'heure de midi pour chuter dans l'après-midi

Temperature (°C)
Type d'expérience

Heure	SODIS 1	SODIS 2	A. annua 1	A. annua 2	SODIS + A. annua 1	SODIS + A. annua 2
12:30 PM	51	53	32	32	56	57
2:00 PM	50	49	31	31	54	54
3:30 PM	43	45	31	31	47	47
5:00 PM	38	37	31	31	41	38

Tableau 4. Mesures des températures au cours des expériences

Figure 6. Variation de la température au courant de la journée dans chacun des échantillons

Dans le tableau 4. sont répertoriées les températures mesurées dans chacun des échantillons soumis aux différents traitements. Les températures des échantillons de contrôle 1 et 2 furent identiques à celles des échantillons A annua 1 et 2. Tous furent maintenus dans un endroit à l'abri du soleil.

La figure 6 donne de manière graphique ces variations: les températures: les plus élevées furent notées pour les échantillons SODIS + A annua. On a observé des températures de 56 à 57°C aux heures où le rayonnement solaire fut à son maximum entre 12 et 13 heures. Au cours de l'après-midi elles tombent pour atteindre un niveau stable de 37°C.

Heure	SODIS 1	SODIS 2	A. annua 1	A. annua 2	SODIS + A. annua 1	SODIS + A. annua 2
12:30 PM	6.84	6.72	6.53	6.69	6.67	6.57
2:00 PM	6.76	6.89	6.65	6.69	6.49	6.87
3:30 PM	6.75	6.90	6.79	6.65	6.47	6.56
5:00 PM	6.76	6.81	6.65	6.5	6.55	6.67

Tableau 5. Variation du pH au cours des expériences

Figure 6. Variation du pH au cours des expériences

Le pH oscillait entre 6.50 et 6.84. Aucun traitement n'entraînait donc une variation significative du pH qui l'aurait rendue impropre à la consommation humaine (pH requis de 6.5 à 9.0)

Conductivité (µs/cm)

heure	SODIS 1	SODIS 2A.	annua 1	A. annua 2	SODIS + A. annua 1	SODIS + A. annua 2
12:30 PM	24.9	23.0	89.4	65.9	104.2	100.4
2:00 PM	22.5	22.6	95.7	66.7	98.9	98.0
3:30 PM	21.9	22.0	91.5	65.3	99.1	96.8
5:00 PM	22.0	23.9	91.5	66.7	98.4	98.5

Tableau 6. Variation de la conductivité de l'eau au cours des expériences

Figure 8. Variation de la conductivité de l'eau au cours des expériences

Ces variations étaient minimes également, les échantillons contenant de l'A annua ayant une valeur initiale plus élevée. Ces derniers avaient également une turbidité plus élevée résultant des produits contenus dans la plante.

Solides dissous (mg/L)

heure	SODIS 1	SODIS 2	A. annua 1	A. annua 2	SODIS + A. annua 1	SODIS + A. annua 2
12:30 PM	22	21	81	59	101	92
2:00 PM	20	20	86	60	89	89
3:30 PM	20	20	82	59	89	87
5:00 PM	20	22	82	60	89	89

Tableau 7. Variation de la concentration en solides dissous au cours des expériences

Figure. 9. Variations en solides dissous au cours des expériences

Les courbes pour les solides dissous ont la même allure que celles de la conductivité. C'est logique puisque les valeurs pour les solides dissous résultent des mesures de la conductivité.

Oxygène dissous (mg/L)

heure	SODIS 1	SODIS 2	A. annua 1	A. annua 2	SODIS + A. annua 1	SODIS + A. annua 2
12:30 PM	5.0	5.4	5.5	5.5	4.1	4.2
2:00 PM	6.1	6.0	6.2	6.3	5.5	5.2
3:30 PM	5.5	5.0	6.0	6.1	5.0	4.4
5:00 PM	6.0	5.7	5.4	5.6	4.5	4.3

Tableau 8. Mesures de l'oxygène dissous au cours des expériences

Figure 9. . Mesures de l'oxygène dissous au cours des expériences

La figure 10 montre qu'il n'y a pas de grandes variations en oxygène dissous. C'est logique puisque les échantillons étaient enfermés dans des bouteilles en PET avec bouchon. Le contact insignifiant avec l'atmosphère se limitait donc aux quelques instants pendant lesquels étaient prélevés des échantillons.

Les valeurs de l'oxygène dissous au cours des expériences restaient fort semblables aux valeurs initiales telles que rapportées dans le tableau 2. La mort des bactéries n'est donc pas due à un manque d'oxygène.

Test de fluorescence A. annua en provenance du Luxembourg et de Ayapel

Afin de déterminer si les deux échantillons d'Artemisia annua, l'un en provenance de Luxembourg, l'autre de Ayapel étaient equivalents on a soumis l'extrait de chacune des plantes au test de la fluorescence. L'échantillon de Luxembourg presente en effet une fluorescence nette quand il est mis sous lumière UV à 365 nm (Lutgen 2008).

Pour rendre tout à fait concluants les résultats de cette expérience, nous avons opéré à des concentrations plus élevées de la tisane. Ceci afin de pouvoir observer plus nettement la présense ou l'absence de fluorescence sous lumière UV.

Figure 12. Extraits d'A annua de deux provenances: Ayapel à la gauche et Luxembourg à la droite.

L'expérience montre que seule la tisane préparée avec la tisane de Luxembourg presente une nette fluorescence.

La tisane de Ayapel reflète seulement la lumière UV de la lampe. Ce résultat montre que les échantillons d'armoise de Luxembourg et de Ayapel ne sont pas de la même espèce.

Résultats microbiologiques
Méthode des tubes multiples

Echantillon	Tubes bleus	Tubes avec fluorescence	Coliformes totaux (NMP/100mL)	Coliformes fécaux (NMP/100mL)
Control 1	3-3-0	0-0-0	17	< 1.8
Control 2	4-2-0	1-0-0	22	2
Artemisia 1	5-5-5	5-5-5	> 1600	> 1600
Artemisia 2	5-5-5	5-5-5	> 1600	> 1600
SODIS 1	0-0-0	0-0-0	< 1.8	< 1.8
SODIS 2	0-0-0	0-0-0	< 1.8	< 1.8
SODIS + Art. 1	0-0-0	0-0-0	< 1.8	< 1.8
SODIS + Art. 2	0-0-0	0-0-0	< 1.8	< 1.8

Tableau 9. Résultats des analyses par la méthode des tubes multiples

Méthode de la filtration sur membrane

Echantillon	Coliformes totaux (UFC/100mL)	Coliformes fécaux (UFC/100mL)
Control 1	35	1
Control 2	50	7
Artemisia 1	7	0
Artemisia 2	3	0
SODIS 1	1	0
SODIS 2	0	0
SODIS + Art. 1	111	1
SODIS + Art. 2	0	0

Tableau 10. Résultats des analyses par la méthode de filtration sur membrane

Cette dernière méthode nous permet de conclure que la résurgence des UFC dans certains cas est due à une contamination accidentelle lors de la préparation des échantillons. Ces UFC sont de dimensions et d'aspect tout à fait différent.

Basé sur la solide expérience de l'assistante Yamilet Arcos, on peut affirmer que la résurgence sur plaques Petri de UFC pour les coliformes totaux ou les E. coli fut nulle après les trois traitements.

La coloration bleue presente dans les tubes contenant les extraits aqueux de A annua est sans doute due à la réaction entre un des constituants de la tisane avec un constituant du réactif Fluorocult LMX. L'hypothèse d'une contamination intrinsèque de la tisane même par des E.coli fut refutée par la technique de filtration par membrane et les expériences de fluorescence sous lumière UV confirmèrent que la fluorescence (fig. 11 et 12) était due aux propriétés fluorescentes de la plante même.

Fait important à signaler, les tubes contenant de l'eau soumise au traitement SODIS + A annua perdaient leur fluorescence. Ceci indique que soit la température, soit le rayonnement solaire ont un effet marqué sur les constituants de la plante dissous dans l'eau. Des analyses plus poussées seraient nécessaires pour mieux comprendre ces changements.

Figure 14. Résurgence des bactéries dans les échantillons traités par les trois techniques

Dans la figure 14 on peut voir que les échantillons d'eau soumis aux trois traitements ne montrent aucune résurgence de croissance des coliformes totaux et des E. coli. Ceci est un résultat positif : l'eau est désinfectée de manière adéquate et propre pour la consommation humaine. Néanmoins, pour être tout à fait certain que la technique SODIS ou la tisane d'A annua sont d'une bonne efficacité pour produire de l'eau potable il sera nécessaire de faire une analyse portant sur les bactéries résiduelles, pour voir si elles ont été réellement détruites ou si elles restent présentes sans manifester d'activité métabolique à cause du stress qu'elles ont subi.

On voit également qie la croissance des coliforme totaux est de loin supérieure à celle des E.coli. Ceci montre que les eaux épilimniques de la Cienaga de Ayapel portent une forte charge microbienne, et cela malgré le fait que lors de la prise d'échantillons le niveau des eaux était élevé et donc dilué suite à des pluies récentes.

Considérations finales

La méthode SODIS est efficace pour traiter de petits volumes d'eau afin de la rendre potable ou utilisable pour tout autre besoin domestique. Cette affirmation est basée sur l'efficacité de la méthode utilisant le rayonnement UV du soleil pour éliminer les E.coli qui sont un bon indicateur de la qualité microbiologique d'une eau.
Il est à noter que le résultat de désinfection remarquable noté avec l'artemisia annua est obtenu non par ajout de l'extrait aqueux comme cela avait été le cas dans les expériences de Lutgen en 2008, mais par filtration de l'eau à travers une couche d'herbe sèche posée sur un tamis (passette)
Les eaux épilimniques de la Cienaga de Ayapal portent une forte charge microbienne dues aux activités humaines, et cela malgré le fait que lors de la prise d'échantillons le niveau des eaux était élevé et donc dilué suite à des pluies récentes (Chalarca, 2007)
L'extrait d'A annua ne réduit pas l'efficacité de la méthode SODIS et constitue donc une approche fort efficace et économique pour rendre l'eau potable, surtout en ce qui concerne les contaminations pathogènes en E.coli d'origine anthropogène.
L'extrait d'A annua n'affecte guère le pH ni la concentration en oxygène de l'eau, mais augmente sa turbidité et sa conductivité.
Pour être tout à fait certain que la technique SODIS ou la tisane d'A annua sont d'une bonne efficacité pour produire de l'eau potable il sera nécessaire de faire une analyse portant sur les bactéries résiduelles, pour voir si elles ont été réellement détruites ou si elles restent présentes sans manifester d'activvité métabolique à cause du stress qu'elles ont subi.
Bibliographie
1. MUELLER, M. S.; KARHAGOMBA, I. B.; HIRT, H. M.; WEMAKOR, E. The potential of Artemisia annua L. as a locally produced remedy for malaria in the tropics: agricultural, chemical and clinical aspects. Journal of Ethnopharmacology 73. p. 487-493. 2000.
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