Bulletin d'information en santé environnementale

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Strontium stable dans l’eau potable : revue des connaissances et soutien aux directions de santé publique

Auteur(s): 

  • Isabelle-Julie Brisson
    conseillère scientifique, Institut national de santé publique du Québec
  • Denis Gauvin
    M. Sc, conseiller scientifique, Institut national de santé publique du Québec
  • Sami Haddad
    Université de Montréal
  • Michel Savard
    M.D., médecin-conseil, ministère de la Santé et des Services sociaux
  • Patrick Levallois
    M. D., M. Sc. FRCPC, médecin spécialiste. Institut national de santé publique du Québec

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Introduction

En mars 2014, le Groupe scientifique sur l’eau (GSE) de la Direction de la santé environnementale et de la toxicologie de l’Institut national de santé publique du Québec (INSPQ) a été sollicité par une Direction de santé publique (DSP) pour fournir un soutien à l’évaluation des risques sanitaires en lien avec la présence de strontium (Sr) dans l’eau potable d’un réseau municipal alimenté en eau souterraine.

Une revue des connaissances et des valeurs-guides disponibles pour le strontium dans l’eau potable a été effectuée. À la suite de l’analyse des quelques valeurs-guides existantes, le GSE a retenu la dose de référence jugée la plus adéquate parmi celles disponibles pour proposer deux objectifs sanitaires, soit un pour l’adulte et un pour l’enfant.

Le strontium en bref

Propriétés physico-chimiques, sources et usages

Le strontium est un élément chimique de la famille des alcalino-terreux, tout comme le baryum et le calcium. Il existe 36 isotopes du strontium, mais seulement quatre d’entre eux sont stables et forment le strontium dit « naturel », soit le 84Sr, 86Sr, 87Sr et 88Sr. Les isotopes radioactifs du strontium les plus connus sont le 89Sr et le 90Sr exclusivement engendrés lors de réactions de fissions nucléaires. Ces derniers ne se retrouvent donc pas naturellement dans l’environnement. Le présent article traite uniquement du strontium stable et ne concerne pas le strontium radioactif, puisque leurs propriétés, leurs origines et leurs effets à la santé diffèrent.

Le strontium stable, plutôt rare, représente environ 0,02 à 0,03 % de la croûte terrestre et se retrouve principalement dans les roches sédimentaires carbonatées (strontianite, SrCO3) et sulfatées (célestite, SrSO4). Il est généralement assumé que la présence de strontium dans les eaux de surface et souterraines provient de l’altération naturelle de ces minéraux et du lessivage des sols. Cependant, en raison des usages industriels du strontium, notamment dans la fabrication de céramique et de verre, des composés hydrosolubles du strontium d’origine anthropique peuvent également contribuer à  la  contamination  de  l’eau,  comme  l’hydroxyde  (Sr(OH)2), le  chlorure  (SrCl2)  et  le  nitrate de strontium (Sr(NO3)2).

Apports et concentrations environnementales

Les principales sources d’exposition environnementale de la population générale au strontium naturel sont l’eau potable et les aliments. Les concentrations de strontium dans l’air étant généralement inférieures à 0,1 µg/m3, cette voie d’exposition est considérée comme négligeable. Elles pourraient cependant être plus importantes à proximité de centrales thermiques au charbon, ou lors d’exposition particulière en milieu de travail.

L’exposition totale au strontium a été estimée à 3,3 mg/j pour un américain adulte, soit 2 mg/j provenant de l’eau potable, 1,3 mg/j de la diète (principalement dans les céréales, les légumes-feuilles et les produits laitiers) avec un apport négligeable de 0,4 µg/j de l’air inhalé (ATSDR, 2004). Ces apports pourraient toutefois être plus importants dans les régions où des concentrations plus élevées de strontium sont présentes dans l’eau potable et les sols.

Peu de données quant aux concentrations dans l’eau potable au Québec et au Canada sont disponibles. Cependant, dans le cadre du Programme d’acquisition de connaissances sur les eaux souterraines du Québec (PACES) du ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte aux changements climatiques (MDDELCC), plus de 1 300 analyses ont été effectuées entre 1941 et 2012 dans diverses régions du Québec en vue de déterminer les concentrations de strontium dans l’eau souterraine d’un grand nombre de puits. La concentration moyenne de strontium de ces échantillons d’eau souterraine est de 0,857 mg/L (médiane de 0,21 mg/L), avec une concentration maximale de 47 mg/L (et un 90e percentile à 1,6 mg/L). Les concentrations mesurées semblent plus importantes en Montérégie et dans l'Outaouais comparativement aux autres régions du Québec (Bolduc, 2014). Notons toutefois que les puits échantillonnés dans le cadre de ce programme ne sont pas tous des puits d’approvisionnement en eau potable.

Aux États-Unis, les concentrations dans les eaux douces de surface varient généralement entre 0,3 mg/L et 1,5 mg/L, avec des concentrations plus importantes dans les régions géologiques riches en dépôts calcaires contenant de la célestite (ATSDR, 2004). Des teneurs similaires de strontium ont été mesurées en France, tant dans les eaux souterraines et superficielles brutes (non-traitées) que dans les eaux destinées à la consommation humaine (traitées). Des concentrations plus importantes (> 10 mg/L) sont néanmoins rapportées dans certaines régions françaises où la présence de minéraux de strontium combinée à des conditions physico-chimiques particulières des aquifères (pH, ions sulfates, etc.) favorisent la dissolution du strontium naturel dans les eaux souterraines (ANSES, 2013).

Effets à la santé

L’organe cible du strontium est le système osseux. Puisque celui-ci possède des propriétés similaires au calcium, le strontium peut se substituer au calcium au cours du processus de calcification ou dans la matrice osseuse déjà calcifiée. De nombreuses études animales ont démontré que l’exposition répétée au strontium par ingestion pourrait perturber la minéralisation osseuse, particulièrement durant le développement du squelette. Ces perturbations varient selon les doses administrées et comprennent des effets mineurs (diminution de résorption osseuse) et des effets plus sévères (rachitisme). Une étude épidémiologique portant sur la prévalence du rachitisme chez des enfants turcs d’une région avec de fortes teneurs en strontium dans les sols (> 350 mg/L) suggère que les effets osseux observés chez les animaux pourraient être similaires chez l’homme (Özgür et al., 1996). Les effets sur le système osseux sont exacerbés par des concentrations inadéquates de calcium et de vitamine D dans la diète.

Quelques études ont suggéré des effets bénéfiques sur les os chez l’adulte résultant d’un apport de strontium, comme en témoigne la littérature sur le traitement de l’ostéoporose et d’autres désordres de minéralisation de l’os avec le strontium. Ces effets dépendraient toutefois de la dose, ainsi que de la forme de strontium administré (ranélate de strontium, soit un sel de strontium de l'acide ranélique). D’ailleurs, le caractère essentiel du strontium n’a pas été démontré.

Peu d’études ont rapporté des effets néfastes découlant d’une exposition au strontium stable par voie orale sur d’autres systèmes que le système osseux. Une étude a notamment suggéré des effets néfastes sur la glande thyroïde (Kroes et al., 1977), mais l’absence de dose-réponse et de données objectives dans cette étude ne permettent pas de conclure quant à ces possibles effets (GSE, 2014).

Enfin, le strontium naturel n’est pas classé quant à sa cancérogénicité. Les données de génotoxicité, peu nombreuses, suggèrent que le strontium stable (sous forme de sulfate et carbonate) ne serait pas génotoxique, ni mutagène (WHO, 2010).

Populations vulnérables

En plus de la période de croissance osseuse, une plus grande consommation d’eau par poids corporel et une absorption gastro-intestinale accrue (suspectée) chez l’enfant par apport à l’adulte pourrait également accroitre les effets du strontium chez cette population.

Procédés de traitement de l’eau potable

Des procédés de traitement similaire à ceux permettant de réduire les concentrations de calcium dans l’eau potable peuvent éliminer le strontium, tels que l’adoucissement à la chaux, l’échange d’ions ou la filtration membranaire (nanofiltration, osmose inverse). Cependant, l’efficacité de ces procédés peut varier en raison de la compétition entre le strontium et les autres cations divalents comme le calcium (ANSES, 2013).

Revue des valeurs-guides existantes

Le strontium naturel non-radioactif, ou stable, n’est pas normé au Québec dans le cadre du Règlement sur la qualité de l’eau potable. Cet élément ne fait l’objet d’aucune recommandation officielle de la part de Santé Canada. Le strontium non-radioactif n’est pas non plus normé par la plupart des instances internationales. Seuls quelques organismes proposent des valeurs-guides pour le strontium dans l’eau potable.

  • Un lifetime Health Advisory de 4 mg/L est proposé par l’United States Environmental Protection Agency (US EPA) pour un adulte de 70 kg consommant 2 L/j d’eau potable, en considérant un apport relatif de l’eau de 20 %. Cette valeur-guide a été calculée à partir d’une dose de référence par voie orale de 0,6 mg/kg-j, basée sur une étude animale où des jeunes rattes et des rattes adultes ont ingéré du strontium sous forme de carbonate de strontium (SrCO3) pendant 20 jours et ont été examinées concernant les effets sur les os et le cartilage (Storey, 1961). La dose de référence par voie orale a été calculée à partir d’une dose sans effet néfaste observé (No Observed Adverse Effect Level, NOAEL) de 190 mg/kg-j retenue comme point de départ. Un facteur d’incertitude de 300 a été appliqué à ce NOAEL, soit 10 pour la variabilité interspécifique (extrapolation de l’animal à l’homme), 10 pour une base de données incomplète (données manquantes sur la reproduction et le développement) ainsi que 3 pour la variabilité intraspécifique, puisque le NOAEL a été dérivé d’un sous-groupe populationnel reconnu comme plus sensible.
    Des recommandations « Health Advisories » pour 1 et 10 jours, valeurs-guides élaborées selon un scénario d’exposition aigue d’un enfant de 10 kg consommant 1 L/j, ont été fixées à 25 mg/L mais les fondements de ces valeurs-guides ne sont pas disponibles.
  • L’Agence nationale de sécurité sanitaire, de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) a récemment proposé une valeur limite provisoire de 18 mg/L de strontium dans l’eau potable pour une exposition à moyen terme quant aux effets sur le squelette (ANSES, 2013). À partir de la même étude-clé que celle utilisée par l’US EPA (Storey, 1961), une valeur toxicologique provisoire de 2 mg/kg-j a été retenue. Cette valeur de référence diffère de celle de l’US EPA (0,6 mg/kg-j) en raison de la conversion de la dose de carbonate de strontium en strontium et des facteurs d’incertitude appliqués à la dose-repère expérimentale (facteur d’incertitude total de 90). En se basant sur un scénario d’exposition relatif aux enfants (10 kg ; 1 L/j) et en déduisant de l’apport total tolérable (2 mg/kg-j x 10 kg = 20 mg/j) un apport alimentaire de 1,85 mg/j de strontium estimé chez les 3-17 ans, une valeur-guide de 18 mg/L a été calculée, attribuant ainsi le reste de l’apport de strontium à l’eau potable (91 %).

Le GSE a procédé à l’analyse des fondements sur lesquels s’appuient ces valeurs-guides ou autres doses de références promulguées à l’échelle internationale. L’exercice a permis de faire ressortir les points critiques qui nécessitaient une étude plus approfondie soit : le choix de l’étude-clé et de l’effet critique le plus sensible, la conversion de la dose-repère, les facteurs d’incertitudes appliqués, la contribution relative de l’eau potable et les populations possiblement plus vulnérables aux effets du strontium. Des doses de références par voie orale pour le strontium stable, élaborées par d’autres organismes reconnus (ATSDR, 2004; WHO, 2010), ont été recensées dans la littérature mais n’ont pas été retenues en raison de doutes sur leur validité. En effet, le GSE a jugé que l’étude retenue par l’Organisation mondiale de la Santé pour l’élaboration de sa recommandation (Kroes et al., 1977), même si elle est de qualité supérieure en termes de devis expérimental, ne présentait pas de preuves suffisamment solides d’effets néfastes sur la glande thyroïde pour permettre d’établir une dose-critique. Quant à la dose de référence de l’Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR), malgré les quelques indications fournies par l’organisme, le calcul de la conversion de la dose expérimentale en dose-critique (NOAEL) n’a pu être reproduit par le GSE en raison de paramètres manquants (quantités de nourriture ingérée, poids de l’animal, conversion ou non selon la forme de sel de strontium utilisé).

Soutien des directions de santé publique

Objectifs sanitaires proposé par le GSE

À la suite de l’examen approfondie des valeurs-guides existantes (ou doses de référence par voie orale), le GSE a identifié la dose toxicologique de référence pour la voie orale (RfD) de l’US EPA comme la plus fiable, soit celle de 0,6 mg/kg-j, basée sur les effets sur la calcification des os (US EPA, 1996). À partir de cette dose de référence, deux objectifs sanitaires pour l’eau potable ont été calculés, soit un pour la population adulte et un pour la population plus vulnérable aux effets sur le système osseux en développement, soit les enfants.

Valeur-guide adulte pour le strontium dans l’eau potable = 4,2 mg/L

0,6 mg/kg-j x 70 kg x 20%
2 L/j

 

Valeur-guide enfant pour le strontium dans l’eau potable = 1,56 mg/L

0,6 mg/kg-j x 20%
0,077 L/kg-j

 

En appliquant la méthodologie du GSE pour l’élaboration d’objectifs sanitaires, un objectif de 4,2 mg/L (arrondie à 4) a été calculé pour l’exposition chronique de la population générale adulte, considérant un poids corporel de 70 kg, une consommation d’eau de 2 L/j et un apport relatif de l’eau potable de 20 % (part de la dose totale tolérable attribuable à l’eau). Pour la population jugée la plus vulnérable pour les effets sur le système osseux en développement, soit les enfants, un objectif sanitaire de 1,56 mg/L (arrondie à 1,5) a été calculé en utilisant un taux d’ingestion de 0,077 L/kg-j[1] et un apport relatif de l’eau de 20 %. Notez que ces valeurs sont jugées conservatrices en raison notamment de cet apport relatif de l’eau potable de 20 % attribué par défaut en raison du peu de données environnementales adéquates.

Note du GSE

Ces objectifs sanitaires pour le strontium dans l’eau potable sont présentés en tant qu’outil d’aide à la décision lors de situations où du strontium naturel serait présent dans l’eau potable et n’ont aucune valeur réglementaire. Notons qu’il revient au MDDELCC de fixer les normes applicables en eau potable au Québec.

[1] Le taux d’ingestion utilisé ici est celui du Minnesota Department of Health pour l’élaboration de leurs valeurs-guides sous-chroniques et est établi selon une moyenne pondérée par le temps du 95e percentile de consommation d’eau journalière (L/kg-j) pour un enfant jusqu’à 8 ans (MDH, 2008).

Références

ANSES (2013) Avis relatif à une évaluation des risques sanitaires liés à la présence de strontium dans les eaux destinées à la consommation humaine, Saisine no 2012-SA-0262, Maisons-Alfort, France, 28 pages. Accessible au : www.anses.fr/sites/default/files/documents/EAUX2012sa0262.pdf.

ATSDR - Agency for Toxic Substances and Disease Registry (2004) Toxicological profile for strontium. U.S. Department of health and human services. Public Health Service. 445 p. Accessible au : www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp.asp?id=656&tid=120.

Bolduc, A. (2014) Compilation des données de strontium issues des projets PACES, Ministère du Développement durable, de l'Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques. Québec. Communication personnelle. 18 juillet 2014.

Kroes, R., den Tonkelaar, E. M., Minderhoud, A., Speijers, G. J., Vonk-Visser, D. M., Berkvens, J. M., van Esch, G. J. (1977) Short-term toxicity of strontium chloride in rats. Toxicology, 7(1):11–21.

Groupe scientifique sur l’eau (GSE) (2014) Évaluation des risques sanitaires relatifs à la présence de strontium dans l’eau potable, 9 pages (non publié ; disponible sur demande).

Minnesota Department of Health (MDH) (2008) Statement of Need and Reasonableness (SONAR). Accessible au : www.health.state.mn.us/divs/eh/risk/rules/water/hrlsonar08.pdf.

Özgür, S., Sümer, H., and Koçoğlu, G. (1996). Rickets and soil strontium. Archives of Disease in Childhood, 75: 524-526.

Storey, E. (1961) Strontium "rickets": bone calcium and strontium changes, Austral. Ann. Med. 10: 213-222.

US EPA (1996) Integrated Risk Information System. Strontium ; CASRN 7440-24-6. Accessible au : www.epa.gov/iris/subst/0550.htm.

World Health Organization (2010) Concise International Chemical Assessment Document 77. Strontium and strontium compounds. ISBN 978 92 4 153077 4. 70 p. Accessible au : www.who.int/ipcs/publications/cicad/cicad77.pdf?ua=1.

 

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