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Microorganismes pathogènes dans l’alimentation humaine et leur
survie dans l’environnement et les traitements biologiques des
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MICROORGANISMES PATHOGÈNES DANS L’ALIMENTATION HUMAINE ET LEUR
SURVIE DANS L’ENVIRONNEMENT ET LES TRAITEMENTS BIOLOGIQUES DES
DÉCHETS ORGANIQUES
SYNTHÈSE
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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
Cet ouvrage est disponible en ligne www.ademe.fr/mediatheque
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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
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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).
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
-
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Figure 2 : Matrice de sélection des microorganismes selon la
disponibilité des données de survie en méthanisation et la
dangerosité
-
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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 dans l’alimentation humaine et leur
survie dans l’environnement et les traitements biologiques des
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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)
Pas besoin d’organisme de substitution pour les
expérimentations
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
Pas besoin d’organisme de substitution pour les
expérimentations
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)
Pas besoin d’organisme de substitution pour les
expérimentations
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)
-
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survie dans l’environnement et les traitements biologiques des
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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
Pas besoin d’organisme de substitution pour les
expérimentations
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
Pas besoin d’organisme de substitution pour les
expérimentations
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
-
Microorganismes pathogènes dans l’alimentation humaine et leur
survie dans l’environnement et les traitements biologiques des
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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
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Microorganismes pathogènes dans l’alimentation humaine et leur
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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.
ADEME, OSER, 2001. Hygiénisation des biodéchets- Validation du
caractère hygiènisant de
procédés de traitement
Brochier et al., 2012. Occurrence of pathogens in soils and
plants in a long-term field study
regularly amended with different composts and manure. Agr
Ecosyst Environ. Vol. 160:91-98.
De Guidici P, Guillam MT, Segala C, 2011. Microbiologie et
déchets - évaluation des risques
sanitaires. RECORD, 101p. Disponible à ce lien :
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net.org/storage/etudes/09-0669-1A/rapport/Rapport_record09-0669_1A.pdf
Dor F, Couturier C, Galtier L, Pouech P, Brugere H, Marache L,
Kaemmerer M, 1998. Etat des
connaissances sur le devenir des germes pathogènes et des
micropolluants au cours de la
méthanisation des déchets et sous-produits organiques. 98 p.
INRS, 2018. Dossier Risques biologiques. Disponible ici :
http://www.inrs.fr/risques/biologiques/ce-qu-il-faut-retenir.html
InVS, 2003. Morbidité et mortalité dues aux maladies
infectieuses d'origine alimentaire en
France, 192p.
Laetitia Bonifait, Marilyne Quéguiner, Françoise Le Gall,
Typhaine Poëzévara, Marylène Bohnert, Gilles Salvat and Marianne
Chemaly, 2016. Recent investigations on Salmonella Enteridis
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https://www.eurlsalmonella.eu/dsresource?type=pdf&disposition=inline&objectid=rivmp:316980&versionid=&subobjectname=
Paavola et Rintala, 2008. Effects of storage on characteristics
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Bioresource Technol, Vol.99:7041–
7050.
Schwartzbrod J, Schwartzbrod L, Feix I & Wiart J (ADEME),
1999. Les agents biologiques
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Management 1, 12-26.
https://www.record-net.org/storage/etudes/09-0669-1A/rapport/Rapport_record09-0669_1A.pdfhttps://www.record-net.org/storage/etudes/09-0669-1A/rapport/Rapport_record09-0669_1A.pdf
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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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www.ademe.fr
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.