Page 6 : Recommandations pour la qualité de l'eau potable au Canada : document technique – benzène

Partie II. Science et considérations techniques - suite

5.0 Exposition

Chez les Canadiens non fumeurs, la principale source d'exposition au benzène est l'air ambiant (98 à 99 %), et une faible partie de l'exposition se fait par l'eau potable (1 à 2 %). On a détecté du benzène dans certains aliments, et une certaine exposition peut découler d'activités liées à l'automobile. Les fumeurs peuvent être exposés chaque jour à ces concentrations de benzène beaucoup plus élevées qu'un non-fumeur, soit environ 10 fois plus.

5.1 Eau

On dispose de données de surveillance sur les concentrations de benzène dans les eaux de surface et les eaux souterraines; quand du benzène est présent, ses concentrations ne dépassent généralement pas 1 µg/L.

En Alberta, entre 1998 et la mi-2005, les concentrations de benzène dans les eaux de surface municipales traitées variaient de 0,01 à 4,92 µg/L (moyenne : 0,28 µg/L; 30 échantillons) dans des échantillons prélevés à 26 endroits différents; dans plus de 96 % des échantillons, elles n'excédaient pas 1 µg/L. Pendant la même période, les concentrations de benzène dans les eaux souterraines municipales traitées allaient de 0,01 à 0,23 µg/L (moyenne : 0,097 µg/L; 15 échantillons) dans des échantillons prélevés à 11 endroits différents. Ces plages ne représentent que 45 détections sur un total de 1 500 échantillons. L'analyse d'à peu près 60 échantillons d'eau « d'alimentation » brute a révélé que dans tous les échantillons, les concentrations de benzène étaient inférieures à la limite de détection de la méthode (LDM); les LDM qui ont été communiquées sont passées de 1,0 µg/L en 1988 à 0,1 µg/L entre 1999 et 2005. Dans le cadre d'un programme de surveillance du milieu ambiant, mis en oeuvre entre 2000 et 2004, les concentrations dans les cours d'eau, telles que mesurées dans des échantillons prélevés dans six sites différents, allaient de 0,02 à 0,42 µg/L; cette plage ne représente que six détections sur un total de 860 échantillons (Ministère de l'Environnement de l'Alberta, 2005).

En Saskatchewan, entre 1995 et 2005, les concentrations de benzène dans les eaux de surface municipales traitées atteignaient < 0,2 à < 1 µg/L (moyenne : 0,25 µg/L; 30 échantillons) dans des échantillons prélevés à neuf endroits différents; dans tous les échantillons, les concentrations étaient inférieures à 1 µg/L. Pendant cette période, les concentrations de benzène dans les eaux souterraines municipales traitées atteignaient 0,1 à 1 700 µg/LNote de bas de page 2 (moyenne : 0,71 µg/L; 34 échantillons) dans des échantillons prélevés à 13 endroits différents; 91 % des échantillons renfermaient des concentrations en deçà de 1 µg/L. Des échantillonnages d'eau brute (prétraitée) effectués dans des réservoirs d'eaux de surface (deux endroits) et d'eaux souterraines (un endroit) ont tous révélé une concentration de 0,2 µg/L (trois échantillons). Dans des échantillons d'eau municipale traitée d'origine mixte (eau souterraine et eau de surface) prélevés pendant la même période à trois endroits différents, les concentrations de benzène allaient de 0,1 à 1 µg/L (moyenne : 0,46 µg/L; 12 échantillons); tous les résultats étaient en deçà de 1 µg/L (Ministère de l'Environnement et de la Gestion des ressources de la Saskatchewan, 2005). Les LDM signalées se situaient entre 0,0005 et 1 µg/L, selon la méthode d'analyse employée.

À Terre-Neuve, entre 1995 et 2005, aucune trace de benzène n'a été détectée ni dans les eaux brutes ni dans les eaux municipales traitées, qu'il s'agisse d'eaux souterraines ou d'eaux de surface (limite de détection : 1 µg/L) (Ministère de l'Environnement et de la Conservation de Terre-Neuve-et-Labrador, 2005).

En Ontario, les concentrations de benzène dans les réseaux municipaux d'eau potable (eaux souterraines ou eaux de surface) variaient d'une concentration inférieure à la limite de détection (0,05 µg/L) à 0,2 µg/L dans 2 277 échantillons d'eau traitée prélevés entre janvier 2002 et mars 2008. La plus forte concentration détectée dans 2 762 échantillons d'eau non traitée au cours de la même période était de 0,35 µg/L (ministère de l'Environnement de l'Ontario, 2008).

Au Québec, entre 2001 et 2005, on a dosé le benzène dans 2 388 échantillons d'eau potable traitée prélevés dans des réseaux municipaux à 191 endroits différents (eaux souterraines ou eaux de surface). Au total, 26 échantillons provenant de 21 endroits différents affichaient des concentrations de benzène de 0,03 à 3,6 µg/L (moyenne : 0,35 µg/L), et parmi tous ces échantillons, un seul avait une concentration de benzène supérieure à 1 µg/L. Dans les 2 362 échantillons restants, les concentrations étaient inférieures aux limites de détection, qui se situaient entre 0,03 et 2 µg/L, selon le laboratoire accrédité auquel on avait fait appel (Ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs du Québec, 2005).

De janvier 2001 à mai 2008, le Laboratoire analytique du Nouveau-Brunswick a analysé 3 903 échantillons d'eaux de surface ou d'eaux souterraines municipales en vue de mesurer le benzène. Les résultats de tous les échantillons se situaient sous la limite de détection (ministère de l'Environnement du Nouveau-Brunswick, 2008).

En Nouvelle-Écosse, entre 2001 et 2005, dans les 104 échantillons d'eaux souterraines ou d'eaux de surface municipales traitées qui ont été prélevés à 95 endroits différents, les concentrations de benzène étaient inférieures aux LDM, qui se situaient entre 0,5 et 1 µg/L (non-détection signalée pour cinq échantillons sur 104); de même, les concentrations mesurées dans 27 échantillons d'eaux de surface et d'eaux souterraine brutes (prétraitées) se situaient sous la LDM de 1 µg/L (non-détection pour six échantillons) (Ministère de l'Environnement de la Nouvelle-Écosse, 2005).

5.2 Aliments

Du benzène a été détecté dans divers aliments. La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a parrainé une étude de 5 ans visant à déterminer les quantités de composés organiques volatils présentes dans les aliments de 1996 à 2000. Du benzène a été trouvé dans une grande variété d'aliments, notamment : les produits laitiers (fromage cheddar, fromage à la crème, margarine, beurre, crème sûre), la viande et le poisson (boeuf haché, saucisson de bologne, hamburger, hamburger au fromage, porc, saucisses fumées de boeuf, thon en conserve dans l'huile, pépites de poulet), les desserts et les produits de boulangerie (glaçage au chocolat, biscuits-sandwichs, biscuits aux brisures de chocolat, biscuits Graham, biscuits au sucre, beignes-gâteaux avec glaçage, tarte aux pommes, pâtisseries danoises, muffins aux bleuets), les noix et les produits à base de noix (noix mélangées, beurre d'arachide), les fruits et les légumes (bananes, avocats, oranges, fraises) et les oeufs. Les concentrations de benzène dans les aliments variaient généralement de 1 à 190 µg/kg; par exemple, le boeuf haché en contenait de 9 à 190 µg/kg, les bananes, de 11 à 132 µg/kg, les colas gazéifiés, de 1 à 138 µg/kg et la salade de chou avec vinaigrette, de 11 à 102 µg/kg (Fleming-Jones et Smith, 2003). Seuls quelques échantillons par groupe d'aliments parmi ceux énumérés ci-dessus renfermaient des quantités détectables de benzène. L'alimentation n'est donc pas une source importante d'exposition au benzène. Un examen des expositions au benzène effectué au Canada étaye cette conclusion (Environnement Canada et Santé et Bien-être social Canada, 1993).

Dans le cadre d'une autre étude de la FDA des États-Unis (2006), le Center for Food Safety and Applied Nutrition a mené une enquête préliminaire sur échantillon restreint à propos du benzène dans les boissons, particulièrement les boissons gazeuses qui contiennent une combinaison de sels de benzoate et d'acide ascorbique ou érythorbique. Plus de 100 échantillons de boissons gazeuses et d'autres boissons ont été recueillis dans des magasins de détail du Maryland, de la Virginie et du Michigan. Deux boissons additionnées de benzoates et 27 boissons additionnées de benzoates et d'acide ascorbique avaient des concentrations de benzène excédant 1 µg/L. Quatre boissons aux canneberges et une boisson à l'orange additionnées d'acide ascorbique, mais n'ayant que des concentrations naturelles d'acide benzoïque (c'est-à-dire non additionnées de benzoates) contenaient du benzène à des concentrations supérieures à 1 µg/L. Néanmoins, en général, la plupart des boissons échantillonnées ne contenaient pas de concentrations détectables de benzène, ou les concentrations étaient inférieures à 1 µg/L. Dans certaines boissons contenant des sels de benzoate et de l'acide ascorbique (vitamine C), l'exposition à la chaleur ou à la lumière peut stimuler la formation de benzène. Les sels de benzoate sont naturellement présents dans certains fruits et dans le jus de ces fruits; du benzoate de sodium ou de potassium peut aussi être ajouté pour empêcher la croissance des bactéries, des levures et des moisissures.

5.3 Air

En général, les concentrations moyennes de benzène dans l'air ambiant sont plus élevées là où il y a exposition à des sources industrielles et dans les régions urbaines; elles sont plus basses dans les régions rurales et dans les banlieues (Environnement Canada, 2001). Entre 1989 et 1998, au Canada, les concentrations moyennes de benzène dans l'air ambiant étaient comprises entre 1,8 et 3,6 µg/m3 dans des sites urbains types non exposés à des sources industrielles. Dans un site urbain exposé aux émissions d'une usine sidérurgique comportant un four à coke, à Sault Ste. Marie, en Ontario, la concentration moyenne s'élevait à 10,3 µg/m3; à l'opposé, elle n'était que de 0,3 µg/m3 dans un site rural éloigné situé dans le parc national Kejimkujik, en NouvelleÉcosse (Environnement Canada, 2001). Une enquête menée pendant la période de 1995 à 1997 indique des concentrations moyennes de 1,0 à 3,5 µg/m3 dans les régions urbaines et les banlieues, 78 % environ des sites d'échantillonnage (31 sur 40) enregistrant des concentrations moyennes inférieures à 2,5 µg/m3 (Environnement Canada, 2001). Selon les données obtenues, les concentrations moyennes variaient entre 0,3 et 0,8 µg/m3 dans les sites ruraux et entre 4,1 et 13,1 µg/m3 au voisinage des routes et des sources industrielles (Environnement Canada, 2001).

Les concentrations de benzène dans l'air sont généralement plus élevées à l'intérieur qu'à l'extérieur. Les sources de benzène dans l'air intérieur comprennent les colles, les peintures, les cires à meubles et certains détergents. Zhu et coll. (2005) ont mesuré les concentrations de benzène à l'intérieur et à l'extérieur de 75 résidences à Ottawa, en Ontario, pendant l'hiver 2002- 2003. Les températures intérieures étaient relativement constantes (19 ± 2 °C); la plupart des résidences retenues aux fins de l'étude étaient des maisons unifamiliales chauffées au gaz naturel et se trouvant dans des quartiers résidentiels. L'âge des maisons était en moyenne de 37 ans; certaines avaient été récemment construites et d'autres étaient plus que centenaires. Environ 13 % des résidences (n = 10) comptaient au moins un fumeur parmi leurs habitants. Dans l'air intérieur, la concentration moyenne de benzène était de 2,85 µg/m3 (plage de 0,025 à 20,99 µg/m3Note de bas de page 3) et la fréquence de détection était de 97 %; à l'extérieur, la concentration moyenne était de 1,19 µg/m3 (plage de 0,025 à 16,88 µg/m3) et la fréquence de détection était de 62 %.

5.4 Produits de consommation

La population générale peut aussi être exposée au benzène en raison d'activités liées à l'automobile ou à cause du tabagisme. Un fumeur moyen (qui fume quotidiennement 32 cigarettes ayant un contenu moyen en goudron) inhale environ 1,8 mg de benzène par jour, ce qui représente environ 10 fois la dose quotidienne d'un non-fumeur; de plus, la fumée de tabac présente dans l'environnement peut causer une augmentation mesurable de la dose de benzène inhalée (Wallace, 1989b, 1996; Thomas et coll., 1993). Duarte-Davidson et coll. (2001) ont comparé les doses quotidiennes chez les non-fumeurs en milieu rural, les non-fumeurs en milieu urbain, les fumeurs passifs en milieu urbain (non-fumeurs exposés à la fumée secondaire) et les fumeurs en milieu urbain. Ils n'ont observé que très peu de différences entre la dose absorbée estimée chez les non-fumeurs en milieu rural (70 à 75 µg/jour) et chez les non-fumeurs en milieu urbain (89 à 95 µg/jour); la dose absorbée chez les fumeurs passifs en milieu urbain a été estimée à 116 à 122 µg/jour, alors que pour les fumeurs, les estimations variaient de 516 à 522 µg/jour. En moyenne, les non-fumeurs en milieu urbain et en milieu rural absorbent respectivement des doses de benzène estimatives de 1,15 et de 1,5 µg/kg p.c. par jour. Les doses quotidiennes ont été déterminées d'après les profils durée-activité et les taux d'inhalation et d'absorption, en combinaison avec les concentrations de benzène mesurées dans l'air.

Les activités liées à l'automobile peuvent contribuer à augmenter la dose de benzène absorbée par l'inhalation de vapeurs d'essence et de gaz d'échappement. Une exposition accrue au benzène a été associée à la durée de la conduite automobile, au remplissage des réservoirs d'essence et à l'inhalation de l'air intérieur des résidences ayant un garage attenant (Wallace, 1989b). Au cours d'une étude allemande menée en 1990, on a analysé les facteurs prédictifs de l'exposition humaine aux COV et on a découvert que le tabagisme était le déterminant le plus important de l'exposition au benzène; les activités liées à l'automobile, tels le plein d'essence et la conduite, constituaient la deuxième source d'exposition au benzène (Hoffmann et coll., 2000).

5.5 Sol

La contamination du sol par le benzène résulte généralement du déversement ou de fuites d'essence ou d'autres produits du pétrole contenant du benzène à partir des réservoirs de stockage, par exemple les réservoirs souterrains. Les principaux phénomènes responsables de l'élimination du benzène des sols sont la volatilisation dans l'atmosphère, l'écoulement des eaux de surface et des eaux souterraines et, dans une bien moindre mesure, la biodégradation (Environnement Canada et Santé et Bien-être social Canada, 1993). Les microorganismes qui dégradent les hydrocarbures sont omniprésents dans le sol, et le benzène sorbé ou sous forme de vapeur est probablement biodégradé dans des conditions aérobies (Rosenberg et Gutnick, 1981; English et Loehr, 1991), la biodégradation cessant presque totalement dans des conditions anaérobies (Smith, 1990; Aelion et Bradley, 1991; Barbaro et coll., 1991). La contamination du sol n'est pas directement à l'origine d'une exposition humaine importante au benzène, car ce dernier s'évapore rapidement du sol (PISC, 1993). Les taux de benzène observés dans les sols entourant les installations industrielles qui produisent ou utilisent du benzène varient de < 2 à 191 µg/kg (U.S. EPA, 1979; CIRC, 1982).

5.6 Voies multiples d'exposition associées à l'eau potable

Auparavant, lorsqu'on évaluait l'exposition au benzène dans l'eau potable (Santé Canada, 1986), la seule voie d'exposition considérée était l'ingestion. Cependant, vu la grande volatilité du benzène, l'inhalation et l'absorption cutanée durant le bain et la douche peuvent aussi constituer des voies d'exposition importantes. Lindstrom et coll. (1994) ont mené une étude pour évaluer l'exposition au benzène de personnes qui se douchaient avec de l'eau souterraine contaminée par de l'essence dans une résidence de la Caroline du Nord. La concentration de benzène mesurée dans cette eau souterraine était de 292 µg/L. Après trois douches de 20 minutes prises des jours consécutifs, on a mesuré des concentrations maximales de 800 à 1 670 µg/m3 dans la cabine de douche, de 370 à 500 µg/m3 dans la salle de bains et de 40 à 140 µg/m3 dans le reste de la maison après 0,5 à 1 heure. La dose de benzène inhalée durant la douche de 20 minutes variait de 80 à 100 µg. Une dose cutanée de 160 µg a aussi été déterminée au moyen des concentrations mesurées dans l'air expiré. La dose combinée d'environ 250 µg pour une douche de 20 minutes s'est révélée comparable à la dose totale moyenne inhalée d'environ 200 µg par jour qui a été établie pour tous les non-fumeurs dans l'étude TEAM (Total Exposure Assessment Methodology) [sur la base d'une ventilation alvéolaire de 15 µg/m3 × 14 m3/jour] (Wallace, 1987).

Pour connaître l'exposition globale au benzène dans l'eau potable, on détermine la part attribuable à chaque voie d'exposition au moyen d'une évaluation de l'exposition par des voies multiples (Krishnan, 2004). Les parts obtenues au moyen de cette évaluation sont exprimées en litre équivalent (Leq) par jour. Pour un composé organique volatil, l'exposition cutanée et l'inhalation sont des voies d'exposition qui sont jugées significatives si elles équivalent à au moins 10 % de la consommation d'eau potable (Krishnan, 2004).

5.6.1 Exposition cutanée

Pour savoir si l'exposition cutanée est une voie significative d'exposition au benzène, on détermine à la première étape de l'évaluation de l'exposition par des voies multiples si cette voie équivaut à au moins 10 % de la consommation d'eau potable (10 % de 1,5 L = 0,15 L). Pour l'objectif de 0,15 Leq fixé à l'étape no 1, le coefficient de perméabilité cutanée (Kp) pour le benzène devrait être supérieur à 0,028 cm/h. Comme la valeur Kp pour le benzène, qui est de 0,14 cm/h (Nakai et coll., 1997), est plus grande que 0,028 cm/h, l'exposition au benzène par absorption cutanée durant la douche et le bain est considérée comme significative. À l'étape no 2 de l'évaluation, on calcule ensuite la valeur en litre-équivalent (Leq), au moyen de la formule suivante :

Figure 1. La formule du litre-équivalent de l'exposition cutanée
Figure 1
Figure 1 - Équivalent textuel

La valeur en litres équivalent de l'absorption cutanée du benzène est égale à 0,8 litres équivalents par jour. Cette valeur a été calculée en multipliant les facteurs suivants : 0,14 centimètres par heure; 0.5 heures; 0.6; 18000 centimètres carrés; et 0.001 litres par centimètre cube.

où :

  • Kp est le coefficient de perméabilité cutanée de 0,14 cm/h (Nakai et coll., 1997)
  • t est la durée de la douche ou du bain, présumée de 0,5 h
  • FabsFabs est la fraction de la dose absorbée, présumée de 0,6 (Lindstrom et coll., 1994)
  • A est la surface de peau exposée, présumée de 18 000 cm2 chez l'adulte
  • Cf est le facteur de conversion des cm3 en litres

5.6.2 Exposition par inhalation

Une évaluation en deux étapes a aussi été utilisée pour l'autre voie d'exposition, l'inhalation. Tout comme pour l'exposition par absorption cutanée, à l'étape no 1, on détermine si l'inhalation de benzène durant le bain ou la douche équivaut à au moins 10 % de l'apport par la consommation d'eau potable. Pour un objectif de 0,15 Leq à l'étape no 1, la concentration air-eau de benzène (Fair-eau) devrait être supérieure à 0,000 89. À l'aide de la constante de la loi de Henry (Kaw) obtenue au moyen du programme EPI Suite de l'Environmental Protection Agency des États-Unis (U.S. EPA, 2000), on a déterminé la valeur Fair-eau pour le benzène au moyen de l'équation de Krishnan (2004) :

Figure 2. La formule de la concentration air-eau
Figure 2
Figure 2 - Équivalent textuel

La concentration air-eau de benzène est égale à 0,0072. Cette valeur a été calculée en divisant le produit de 0,61 et de 0,22 par le produit de 80,25 et de 0,22 additionnés à 1.

où :

  • Kaw est la constante sans unité de la loi de Henry, soit 0,22 à 25 °C (U.S. EPA, 2000)
  • 0,61 est l'efficacité de transfert de 61 % (McKone et Knezovich, 1991)
  • 80,25 est le ratio entre le volume d'air dans une salle de bain moyenne (6 420 L) et le volume d'eau moyen (80 L) utilisé pendant la douche ou le bain (Krishnan, 2004).

Comme la valeur Fair:eau est supérieure à 0,00089, l'exposition au benzène par inhalation pendant le bain ou la douche est considérée comme significative. À l'étape no 2, on calcule ensuite la valeur en litre-équivalent (Leq), au moyen de la formule suivante (Krishnan, 2004) :

Figure 3. La formule du litre-équivalent de l'exposition par inhalation
Figure 3
Figure 3 - Équivalent textuel

La valeur en litres équivalent de l'absorption suite à l'inhalation du benzène est égale à 1,2 litres équivalent par jour. Ce calcul multiplie les facteurs suivants : 0,0072; 625 litres par heure; 0,5 heures; et 0,5.

où :

  • Fair:eau est le ratio (partage) air-eau des concentrations de benzène
  • Qalv est le taux de ventilation alvéolaire chez l'adulte, présumé de 675 L/h
  • t est la durée de l'exposition, présumée de 0,5 h
  • Fabs est la fraction absorbée, présumée de 0,5 (Perbellini et coll., 1988; Pekari et coll., 1992; ATSDR, 2007).

Il faut noter que cette évaluation de l'exposition par des voies multiples est une méthode prudente utilisée pour estimer la part attribuable à l'absorption cutanée et à l'inhalation par rapport à l'exposition totale. Lorsqu'on emploie un modèle pharmacocinétique physiologique (PBPK) pour estimer la part des Leq attribuable à l'absorption cutanée et à l'inhalation par rapport à la dose quotidienne totale, on ne prend pas en considération l'exposition aux métabolites du benzène. Par conséquent, cette méthode n'associe aucune « charge toxicologique » à une voie d'exposition donnée en raison de la production de métabolites.

À l'aide de la méthode susmentionnée, l'exposition en Leq a été établie à 0,8 Leq pour la voie cutanée et à 1,2 Leq pour l'inhalation. Si l'on additionne ces valeurs à la consommation standard d'eau potable au Canada, qui est de 1,5 L/jour, on obtient une exposition quotidienne totale de 3,5 Leq.

Au Canada, par suite d'une analyse des expositions au benzène (Environnement Canada et Santé et Bien-être social Canada, 1993), on a conclu que la dose quotidienne totale de benzène provenant des aliments et de l'eau potable était de 0,02 µg/kg p.c. seulement pour chacun; la dose totale de benzène résultant de l'exposition atmosphérique était de 2,4 µg/kg p.c. par jour (3,3 µg/kg p.c. par jour s'il y avait exposition à la fumée de cigarette). On peut donc en conclure que le benzène absorbé par l'air représente, selon les estimations, 98 à 99 % du benzène total absorbé par les Canadiens non fumeurs.

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