La qualité de l'eau d'abreuvement du bétail

Guide de terrain relatif aux bovins, aux chevaux, à la volaille et aux porcs

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9.5 Fluorure

Le fluorure est la forme stable du fluor associée à un autre élément. Le fluorure est largement présent dans la biosphère et la croûte terrestre et peut être une source importante de contamination pour le bétail s'abreuvant à partir d'eaux souterraines.

Les principales sources de fluorure au Canada sont la production d'engrais phosphatés et de produits chimiques, ainsi que l'extraction d'aluminium. Ces trois sources représentent au total plus de 75 % des 23 500 tonnes estimées de fluorure inorganique libérées chaque année dans l'environnement. Plus de 13 500 tonnes de matériaux contenant du fluorure sont libérées dans les effluents. Le risque de contamination de l'eau peut donc être élevé dans certaines régions. La quantité de fluorure contenue dans l'eau peut être influencée par le pH et la dureté de l'eau.

Le CCME recommande un maximum de 1 à 2 mg de fluorure par litre d'eau pour le bétail, mais on a également pu constater qu'avec 2 mg de fluorure par litre, des tâches peuvent apparaitre sur les dents. Il est important de souligner que les niveaux de tolérance des animaux vis-à-vis de l'eau peuvent dépendre de la consommation totale de fluor issue de l'ensemble des sources alimentaires et environnementales.

Ces données, établies par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC, 1980), sont reprises dans de nombreuses publications. Cependant, étant donné que la disponibilité du fluor dépend en grande partie de la forme qu'il prend et de la source dont il provient, il se peut que ces valeurs ne puissent pas être appliquées indifféremment à toutes les situations. Par exemple, le CNRC a fixé la limite de tolérance pour les bovins laitiers à environ 40 mg de fluorure par kg de MS lorsqu'il est ingéré sous forme de NaF. La tolérance des vaches laitières au fluorure ingéré sous forme de CaF (et vraisemblablement au fluorure provenant du sol) peut être jusqu'à deux fois supérieure (Shupe et coll., 1962). Lewis (1995) considère qu'une eau ayant une concentration de fluorure de 4 ppm est relativement sure pour les chevaux. En revanche, il faut éviter d'utiliser une eau dont la concentration en fluorure est supérieure à 8 ppm.

Wheeler et coll. (1985) ont revu les chiffres à la baisse concernant les limites de fluorure pour les brebis d'élevage. Cependant, il ne serait pas inutile de revoir à nouveau ces données afin de prendre en compte les éventuelles différences de tolérance métabolique des animaux d'élevage modernes et très productifs.

9.5.1 Évaluation du risque

Dans les régions industrielles, l'émission de fumées contenant du fluor ou de poussières contenant du fluorure peut contaminer l'eau et les végétaux consommés par les animaux. Étant donné que la production de fluor dans l'environnement peut être très élevée dans certaines régions, il faut envisager la possibilité d'un risque de contamination de l'eau. Le risque d'exposition des animaux d'élevage à des niveaux de fluor toxiques ou potentiellement toxiques est plus élevé dans les zones où l'eau d'abreuvement est naturellement riche en fluorure (on parle alors de fluorose endémique). On peut constater une augmentation de l'ingestion totale de fluor lorsque l'alimentation des animaux est trop riche en minéraux contenant des fluorures et servant de complément de calcium et de phosphore.

Les quantités de fluor contenues dans l'eau peuvent varier considérablement, en fonction de la zone et de l'activité industrielle. Plusieurs facteurs doivent être pris en compte dans l'analyse du risque d'exposition au fluorure. La simple présence de fluorure peut ou non être un facteur ayant une influence sur le risque d'effets indésirables, car la biodisponibilité du fluor dépend de la forme qu'il prend et de la source dont il provient. Par exemple, la rétention du fluor provenant de l'aluminium ou des fluorures de calcium est faible. En revanche, les fluorures solubles sont rapidement et presque totalement absorbés par le tractus gastro-intestinal. Le fluor absorbé est rapidement distribué dans l'organisme sous forme d'ions fluorures, et traverse facilement les membranes des cellules. En outre, il faut prendre en compte d'autres composants de l'eau et de la nourriture. Par exemple, les sels de calcium et de magnésium, ainsi que le chlorure de sodium, peuvent diminuer l'absorption de fluor par le tractus gastro-intestinal. À l'inverse, une consommation de glucides inappropriée via l'alimentation augmente l'absorption de F par l'organisme.

Répercussions sur la santé : parmi les signes de toxicité grave du fluor, on trouve : la nervosité, la sudation, l'anorexie, la salivation, la dyspnée, les nausées, la gastro-entérite, la faiblesse musculaire et les convulsions cloniques, suivies de dépression, de congestions pulmonaires et d'insuffisances cardiaques et respiratoires. Cependant, dans des circonstances normales, il est très peu probable que le fluor contenu dans l'eau soit à l'origine d'une toxicité aiguë.

Le fluor est une toxine cumulative; c'est pourquoi les animaux vivant plus longtemps (les vaches laitières ou de boucherie par exemple) sont plus susceptibles d'être atteints de fluorose chronique.

Il n'existe pas de critère unique permettant d'évaluer la toxicité du fluor. Les indicateurs les plus fiables d'une ingestion de fluor élevée sont les défauts sur les dents des animaux, comme par exemple :

• les retards d'éruption des incisives définitives;
• la modification de la forme, de la taille, de la couleur et de l'orientation des dents.

Des lésions des os associées à la fluorose peuvent se produire chez les animaux, quel que soit l'âge auquel ils sont exposés. Comparé aux os sains, les os des animaux atteints de fluorose sont crayeux, rugueux et poreux. La fluorose peut également se manifester par d'autres signes comme la boiterie, la raideur, le piétinement, des sabots recourbés et anormaux, un poil sec et terne, ou encore une peau manquant de souplesse. On a également remarqué un affaiblissement des réactions immunitaires.

Répercussions sur la production : généralement, en cas d'exposition chronique et modérée, les manifestations cliniques de toxicité n'apparaissent qu'après plusieurs semaines, voire plusieurs mois. Si le niveau d'exposition est faible, les manifestations cliniques de toxicité peuvent se produire au bout de plusieurs années. Par exemple, dans le cas d'une alimentation contenant 50 mg de F par kg de MS, la fluorose se manifestera probablement au bout de 3 à 5 ans (Suttie et coll., 1957). Dans leur étude, Shupe et coll. (1963) expliquent que des veaux exposés au fluor dès leur jeune âge et pendant 7 ans ont une tolérance aux fluorures solubles de 30 mg par kg de MS.

Cependant, le dépôt de fluor sur les os se produit même à de faibles niveaux d'exposition. L'exposition des animaux en lactation ou en gestation au fluorure peut entrainer une augmentation des niveaux de fluorure dans le lait et dans le sang des nouveau-nés (Wheeler et coll., 1985). Lors des étapes initiales, il se peut que les paramètres de production de lait ne soient pas touchés de façon importante (Suttie et Kolstad, 1977). De même, on ne constate pas de baisse notable de la digestibilité et de l'utilisation de l'énergie et des protéines (Shupe et coll., 1962, 1963). Il ne faut toutefois pas négliger les effets secondaires des modifications subcliniques liées à l'ingestion de fluorure. Par exemple, des problèmes de mastication et une sensibilité accrue au froid lors de l'abreuvement peuvent entrainer une diminution de la consommation de nourriture, des problèmes d'absorption des protéines et donc un retard de croissance et une baisse de la production de lait.

Des niveaux élevés de fluorure dans l'alimentation peuvent avoir un impact sur la production de lait (Stoddard et coll., 1963). On a également constaté des effets indésirables sur la reproduction (PISSC, 2002). Il peut arriver que les performances de reproduction des bovins soient affectées par la présence de fluor dans l'eau d'abreuvement. Cependant, en pratique, ce cas de figure est peu probable, voire impossible. Il est généralement admis que le niveau maximal de fluor dans l'eau d'abreuvement ne présentant pas de danger pour la reproduction est compris entre 100 et 200 mg/l (CNRC, 1993). À quelques exceptions près, de tels niveaux ne sont pas vraiment réalistes dans les situations courantes.

Interactions métaboliques : le fluor peut entraver le métabolisme des éléments suivants : Mg, Mn, Fe, Mo, Cu et Zn. La synthèse de la vitamine B12 et l'activité de l'acide folique peuvent également être compromises. Plus les quantités de fluor dans l'alimentation augmentent, plus l'utilisation des protéines diminue. L'aluminium (sous forme de sulfate, de chlorure, de lactate ou d'hydroxyde) réduit la toxicité du fluor et l'accumulation de ce dernier dans les os.

9.5.2 Types d'eau ou conditions présentant des niveaux élevés

Le fluorure est naturellement présent dans les formations géologiques et les concentrations varient en fonction de la source d'eau. Il est utilisé dans la fabrication de l'aluminium, des engrais phosphatés et des briques; il existe donc une possibilité de contamination des eaux de surface. Les niveaux de fluorure des eaux souterraines de la Saskatchewan dépassent rarement les recommandations canadiennes pour le bétail, comprises entre 1 et 2 mg/l (Saskatchewan Watershed Authority Rural Water Quality Data Base).

9.5.3 Considérations liées à la gestion

Dans le cadre de l'évaluation du risque potentiel d'effets néfastes liés à la présence de fluor dans l'eau, il convient de prendre en compte l'équilibrage des niveaux de fluor contenus dans l'alimentation. On peut utiliser les facteurs permettant d'augmenter la biodisponibilité du fluor pour compenser des niveaux bas à modérés.

9.5.4 Technologies de traitement

Parmi les technologies de traitement, on trouve :

la nanofiltration ou les membranes d'osmose inverse

Pour plus d'information sur les systèmes spécifiques de traitement, consultez la partie sur le traitement de l'eau.

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9.6 Fer

Le fer est le quatrième élément le plus répandu sur la croûte terrestre, et il est largement présent dans la biosphère. La plupart des sources d'eaux souterraines contiennent du fer, mais les quantités peuvent varier de manière importante en fonction de la situation géographique et géologique. En général, les sources d'eau issues de puits profonds contiennent plus de fer que les puits de surface ou à pointe filtrante. Bien que le fer soit un élément essentiel, sa disponibilité dans l'eau peut varier en fonction de sa forme chimique. Dans certaines sources d'eau, il est plus probable que le fer soit présent sous forme d'oxyde de fer insoluble, ce qui rend sa biodisponibilité assez faible.

La présence de fer dans l'eau d'abreuvement du bétail est généralement considérée comme un désagrément (notamment pour les canalisations) plutôt que comme un problème toxicologique. Le CCME n'a pas formulé de recommandations quant aux niveaux de fer de l'eau d'abreuvement du bétail. L'objectif esthétique concernant la présence de fer dans l'eau de boisson (destinée aux humains) est de 0,3 mg/l.

9.6.1 Évaluation du risque

Répercussions sur la santé : on considère que le risque de toxicité directement lié à la présence de fer est minime pour le bétail. En effet, aucun effet toxique directement lié à une surcharge de fer n'a été enregistré chez les bovins. Cependant, une surcharge de Fe augmente le risque d'infection et de néoplasie. En outre, la carence en cuivre pouvant découler de cette surcharge de Fe peut compromettre la première barrière de défenses immunitaires (Boyne et Arthur, 1986).

Répercussions sur la production : les signes caractéristiques d'une surcharge chronique en fer sont la baisse de la consommation de nourriture, du taux de croissance et de l'indice de transformation. À une concentration de 1 600 ppm, le fer entraine des réductions importantes de l'accroissement du poids par jour et de la consommation de nourriture du bétail (Standish et coll., 1969). Chez les veaux, on peut constater une baisse du rendement à partir du moment où la concentration de fer dans l'alimentation est d'au moins 500 ppm (Koong et coll., 1970). On a également remarqué des répercussions négatives dues à la présence de fer sur la qualité de la viande de veau.

Bien que le risque d'effets indésirables du fer sur les paramètres de production soit faible, contrairement à ce que l'on pourrait croire, le problème de la présence de fer dans l'eau d'abreuvement ne devrait pas être négligé. Si le fer contenu dans l'eau s'est ionisé pour devenir un cation divalent, il peut interférer avec la biodisponibilité d'autres métaux divalents tels que le cuivre, le zinc, le magnésium, le manganèse ou le calcium. La plupart des répercussions négatives dues à la présence de fer dans l'alimentation sont indirectement liées à des effets secondaires se caractérisant par des carences résultant d'interactions antagonistes. Un excès de fer dans l'alimentation des bovins et des ovins se caractérise le plus souvent par une carence en Cu.

Il est intéressant de noter que des concentrations élevées de fer dans l'eau d'abreuvement peuvent constituer un facteur de risque non négligeable de prolifération intestinale de la bactérie Clostridium botulinum et de développement du botulisme qui en découle (Pecelunas et coll., 1999). La recherche que nous avons réalisée récemment nous a permis de montrer qu'une eau à forte teneur en fer favorise la prolifération de la bactérie Clostridium perfringens dans le contenu intestinal des poulets, augmentant ainsi le risque d'entérite nécrotique (Olkowski et coll., manuscrit en préparation).

Bien que des quantités élevées de fer dans l'eau d'abreuvement n'aient pas d'impact toxicologique direct, il convient de prendre en compte les effets métaboliques secondaires pour au moins deux raisons : 1) le fer peut altérer la saveur de l'eau et donc entrainer une diminution de l'abreuvement, 2) une ingestion excessive de fer peut avoir des effets néfastes sur le métabolisme de plusieurs micronutriments essentiels.

Interactions métaboliques : un excès de fer peut avoir des conséquences sur un ensemble important de processus métaboliques à travers de nombreuses interactions métaboliques. Parmi les effets physiologiques principaux, on compte des interactions avec des nutriments essentiels tels que le Co, Cu, Mn, Se et Zn : en effet, une alimentation à forte teneur en fer peut entrainer un manque de ces éléments. Les antagonismes entre le cuivre et le fer peuvent avoir des conséquences métaboliques (Suttle et coll., 1984, Suttle et Peter, 1985).

On a constaté une diminution du niveau de cuivre chez les bovins due à la présence de seulement 250 mg de Fe/kg de MS (Bremner et coll., 1987). L'antagonisme du fer et du cuivre ne semble néanmoins pas évident chez les veaux préruminants (Bremner et coll., 1987). Si l'on ajoute 1 000 mg de fer par kilo d'alimentation, les effets néfastes sur les niveaux de cuivre des bovins ne peuvent pas être compensés par l'ajout de sulfate de cuivre ou de protéinate de cuivre (5 ou 10 mg/kg d'alimentation). Les bouvillons Simmental ont toujours eu des niveaux de cuivre plus bas que les bovins Angus, laissant supposer que la race Simmental a des besoins plus importants en cuivre (Mullis et coll., 2003).

La diminution accélérée des réserves de cuivre dans le foie des veaux sevrés et ayant reçu un supplément de fer (Humphries et coll., 1983) est probablement le reflet de l'inhibition de l'absorption du cuivre, et les interactions se produisant chez les ovins (Suttle et coll., 1984) et les bovins (Bremner et coll., 1987) dépendent en partie de la présence de soufre.

Les ruminants consommant une alimentation à base de fourrage ingèrent souvent des niveaux élevés de Fe via l'eau, le fourrage et le sol. On a constaté que des quantités élevées de Fe réduisent de façon importante les niveaux de Cu des bovins (Standish et coll., 1971; Campbell et coll., 1974; Humphries et coll., 1983) et des ovins (Prabowo et coll., 1988). On a également observé une diminution des concentrations de Zn dans le foie des bouvillons ayant reçu un supplément de 1 000 mg de Fe/kg de MS (Standish et coll., 1971), ce qui laisse supposer que la présence de quantités élevées de Fe dans l'alimentation provoque la baisse de la biodisponibilité de Zn.

L'acide ascorbique (vitamine C) est réputé pour favoriser l'absorption de fer. Il a été démontré que les interactions entre les sels ferreux et la vitamine C ont des effets néfastes sur les animaux (Fisher et Naugton, 2004).

La consommation d'une eau ayant une concentration de fer de 10 ppm peut participer de manière non négligeable à l'ingestion totale de fer du bétail. Par exemple, une vache produisant 30 kg de lait par jour boit, selon la température ambiante, entre 92 et 146 l d'eau quotidiennement. Si l'eau contient 10 mg de Fe/l, l'ingestion de fer provenant de l'abreuvement est donc comprise entre 920 et 1 460 mg/jour.

9.6.2 Types d'eau ou conditions présentant des niveaux élevés

Les eaux de surface et les eaux souterraines contiennent toutes deux du fer, mais les concentrations sont généralement plus élevées dans les sources souterraines. Dans les sources d'eau de surface, l'environnement oxydant provoque souvent la précipitation et la sédimentation du fer. Des conditions anaérobies peuvent favoriser la dissolution des sédiments de fer et le retour de ce dernier dans l'eau. Dans les eaux souterraines, l'environnement réducteur favorise la dissolution du fer et son maintien à l'état dissous.

9.6.3 Considérations liées à la gestion

La présence de fer dans l'eau d'abreuvement du bétail est généralement considérée comme un désagrément (notamment pour les canalisations) plutôt que comme un problème toxicologique. En équilibrant les quantités de nutriments ayant été affectés par une consommation excessive de fer, les effets indésirables du fer liés aux interactions métaboliques devraient être compensés. L'élimination du fer est probablement la meilleure technique pour gérer efficacement des niveaux élevés de fer dans l'eau d'abreuvement.

9.6.4 Technologies de traitement

Parmi les technologies de traitement, on trouve :

• la coagulation;
• la filtration sur sable vert au manganèse;
• la filtration lente sur sable;
• la filtration sur charbon actif biologique avec oxydation préalable;
• l'oxydation/la modification du pH et la filtration;
• la nanofiltration ou les membranes d'osmose inverse;
• l'oxydation et la décantation.

Les traitements servant à éliminer exclusivement le fer des eaux destinées au bétail restent abordables. On trouve souvent du fer ou du manganèse dans les eaux ayant de fortes concentrations en arsenic, et l'élimination de ces deux substances avec un système de traitement unique permet de réaliser des économies. Pour plus d'information sur les systèmes spécifiques de traitement, consultez la partie sur le traitement de l'eau.

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