Manganèse

Description

Le manganèse (Mn; CAS Number : 7439-96-5) est un élément métallique constituant environ 0,1 % de la croûte terrestre1. Il existe 11 états d'oxydation du manganèse, allant de -3 à +7, mais le Mn2+, Mn4+ et Mn7+ demeurent les plus courants. Le manganèse et ses composés se manifestent sous une forme solide dans le sol et sous une forme dissoute, colloïdale ou particulaire dans l'eau. La plupart des sels de manganèse, sauf le phosphate et le carbonate, sont facilement solubles dans l'eau, contrairement aux oxydes (dioxyde et tétroxyde), qui sont peu solubles2. Le manganèse se retrouve également dans l'air sous la forme de particules de poussières3.

Sources et niveaux environnementaux

Sources

Le manganèse, présent naturellement dans plusieurs types de rocs, constitue l'un des métaux les plus abondants dans l’environnement1. Il est retrouvé dans l’eau potable, principalement lors de l’approvisionnement en eau souterraine, mais aussi éventuellement en eau de surface4. Des sources anthropiques, telles que les rejets industriels, l’exploitation minière ou les sites d’enfouissement, peuvent accroître ses concentrations dans les sources d’eau potable3. De plus, les composés inorganiques et organiques de manganèse sont utilisés dans la production d’acier, de fer et d’autres alliages, dans une grande variété de produits comme les engrais, les cosmétiques, les combustibles fossiles, les piles sèches, le matériel de pyrotechnie, les fongicides tels le manèbe (qui n’est plus homologué au Canada) et le mancozèbe, de même que dans les additifs de l’essence (non utilisés au Canada depuis 2004)5. Quant au permanganate de potassium (KMnO4), il peut agir comme agent oxydant lorsqu’utilisé dans le traitement de l’eau potable. Enfin, le manganèse est présent de façon naturelle dans la plupart des aliments, ces derniers représentant ainsi la principale source d’exposition de la population à ce métal. Le manganèse peut également être ajouté comme complément nutritionnel.

Concentrations dans l’eau potable

Le manganèse se retrouve particulièrement dans certaines eaux souterraines, en raison notamment de conditions réductrices qui provoquent la dissolution du manganèse des roches6. Dans les eaux de surface, la concentration de manganèse peut aussi être élevée lors de la stratification thermique en été et du renouvellement de l’eau à l’automne. Cette stratification saisonnière provoque l'anoxie des sections inférieures d'un lac ou d'un réservoir, favorisant ainsi l’activité bactérienne et réduisant l’oxyde de manganèse dans les sédiments, avant d’entraîner la libération de manganèse dans l’eau2,7. Des échantillonnages réalisés de 2008 à 2011 à l’embouchure de 41 rivières tributaires du fleuve Saint-Laurent affichaient des concentrations médianes se situant de 19 à 69 microgrammes par litre (µg/L) selon les secteurs8.

On peut retrouver du manganèse dans le sol un peu partout au Québec, mais les régions suivantes affichent de plus fortes teneurs : Chaudière-Appalaches, Bas-Saint-Laurent, Abitibi-Témiscamingue, Outaouais, Estrie et Lanaudière. Le manganèse ne faisant pas actuellement l’objet d’une norme dans le Règlement sur la qualité de l’eau potable, il existe peu de données sur sa présence dans l’eau des réseaux d’alimentation en eau potable. En 2010-2014, le ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MELCC) a examiné les concentrations en manganèse dans l’eau potable de 107 réseaux municipaux et institutionnels (écoles et centres de la petite enfance) alimentés en eau souterraine au Québec9. Les résultats d’analyse ont démontré que 15 % des réseaux excédaient la recommandation de Santé Canada, soit 120 µg/L, la valeur maximale mesurée atteignant 590 µg/L. Selon les résultats des tests réalisés dans le cadre du Programme de surveillance de la qualité de l’eau potable de 2010 à 2016 auprès de 116 installations, 25 % des réseaux échantillonnés présentaient une concentration de manganèse supérieure à la valeur de 20 µg/L, l’objectif d’ordre esthétique de Santé Canada, et 16 % excéderaient 60 µg/L, la valeur guide sanitaire (VGS) du Groupe scientifique sur l’eau (GSE) de l’INSPQ (communication personnelle, A. Bolduc, MELCC, février 2019). Il est donc possible de conclure qu’il s’agit d’une problématique relativement courante.

Par ailleurs, dans une étude récente, Dion et al.10 ont rapporté une grande variation dans les concentrations de manganèse dans l’eau des résidences de 8 municipalités du sud du Québec approvisionnées en eau souterraine, allant de faibles (0,2 μg/L) à élevées (961 μg/L) (moyenne géométrique : 57,6 μg/L). En eau de surface, toutefois, très peu de données sont disponibles. Mais la Ville de Montréal rapporte, selon des échantillonnages réalisés en 2011, une concentration maximale de 0,6 µg/L à la sortie de ses usines11.

Exposition de la population

L’air, l’eau et le sol peuvent être source d’exposition au manganèse, mais il est reconnu que les aliments constituent le principal apport. Les grains entiers, le thé, les noix et les légumes sont les sources les plus importantes1. De ce fait, les végétariens et les grands consommateurs de thé ont un apport en manganèse plus élevé. Selon l’Étude Canadienne sur l'alimentation totale (ECAT), les apports alimentaires moyens quotidiens en manganèse pour l’ensemble des groupes d’âge se situent à environ 52 µg par kilogramme (kg) de poids corporel12. D’une part, ces données corrèlent avec les apports calculés de 0,7 à 10,9 milligrammes par jour (mg/j) pour les adultes dans les autres études13-15. D’autre part, les suppléments peuvent contenir des quantités de manganèse supérieures au contenu de la diète, pouvant ainsi contribuer à augmenter l’apport chez les individus ayant recours à ces suppléments1,4.

En ce qui concerne le manganèse dans le lait maternel, ses concentrations s'avèrent généralement faibles, soit de l’ordre de 3 à 15 μg/L16. L’Organisation mondiale de la Santé (OMS) a estimé un apport quotidien variant de 2,6 à 11,1 μg/j pour les nourrissons allaités de 0 à 6 mois17. Pour leur part, les préparations commerciales pour nourrissons peuvent renfermer beaucoup plus de manganèse que le lait maternel, soit en moyenne 100 μg/L pour celles à base de lait de vache, et de 200 à 300 μg/L pour celles à base de lait de soya16,18. Il faut noter que l’acide phytique du soya diminue l’absorption du manganèse de façon importante19. Par conséquent, chez les enfants nourris exclusivement au biberon, les apports en manganèse seront plus élevés que les apports provenant du lait maternel, et cet écart sera d’autant plus élevé que l’eau potable ajoutée aux préparations commerciales contiendra des concentrations élevées en manganèse1,4.

L’apport quotidien relié à l’eau, dans l’hypothèse d’une concentration moyenne en manganèse de 20 µg/L et d’une consommation de 2 L/j pour un adulte, serait de 0,04 mg, soit quelque 100 fois moindres que l’apport lié aux aliments. Selon Santé Canada4, la prise de douches ou de bains avec une eau contenant du manganèse n’est pas considérée comme une source significative d’exposition. Ainsi, le manganèse ne serait pas absorbé par la peau, et l’exposition par inhalation suivant la prise de bain et de douche serait négligeable.

L’air ambiant est aussi une source mineure d’exposition. Selon le Réseau national de surveillance de la pollution atmosphérique (RNSPA), en 2013, les concentrations de manganèse dans l’air des grandes villes canadiennes se trouvaient inférieures à 0,01 micromètre par mètre cube (μg/m3) pour la majorité des échantillons des PM2,5 et PM10 (particules ayant un diamètre inférieur à 2,5 ou à 10 μm)4. En considérant une concentration de 0,01 μg/m3 dans l’air, l’apport quotidien par les voies respiratoires totalise 0,2 μg.

Enfin, certains milieux de travail représentent une source importante d’exposition par inhalation, par exemple lors de travaux de soudure ou dans l’industrie de l’acier5,20.

Propriétés organoleptiques

La présence de manganèse peut donner un goût indésirable à l’eau (plutôt amer, métallique, astringent). Cependant, le seuil de détection peut varier considérablement d’une personne à une autre, et il demeure habituellement assez élevé. De ce fait, la moitié de la population ne serait pas en mesure de distinguer la présence de manganèse à des concentrations inférieures à 75 – 100 mg/L (ou inférieures à 75 000 – 100 000 µg/L)21,22, ce qui correspond à des concentrations environ 1000 fois supérieures aux recommandations d’ordre esthétique (voir section Normes et recommandations).

La couleur de l’eau peut par contre être affectée par la présence de manganèse, même en concentration moindre. Ainsi, à 50 µg/L, le Mn4+ donne une couleur jaune à l’eau, contrairement au Mn2+ qui, sous forme de sulfate, paraît clair et incolore21. De plus, dans les systèmes de distribution d’eau, les sels de Mn2+ peuvent interagir avec les oxydants (p. ex., le chlore) et se transformer en oxydes insolubles de Mn4+ et Mn3+, qui précipitent et tachent en noir les éléments de plomberie et les tissus2,7. Santé Canada (mentionne que les consommateurs peuvent ainsi se plaindre d’une coloration de l’eau ou de taches sur la lessive lorsque la concentration de manganèse dépasse 20 µg/L4.

La présence de manganèse dans les réseaux de distribution favoriserait aussi la croissance de microorganismes. Il est également susceptible de s’accumuler dans le système de distribution d’eau ou dans le biofilm à l’intérieur des conduites et éventuellement être relargué, même à des concentrations faibles dans l’eau distribuée (< 50 µg/L)2,23. En conséquence, à la suite de certaines perturbations mécaniques ou chimiques, des dépôts peuvent être libérés, causant des augmentations sporadiques des concentrations de manganèse dans l’eau potable24.

Voies d'absorption

L’ingestion s'avère la voie principale d’absorption du manganèse chez l’humain. La voie respiratoire peut également jouer un rôle important chez des travailleurs exposés à de fortes concentrations de poussières ou de fumée, par exemple de soudure20. L’absorption du manganèse par voie cutanée reste quant à elle négligeable25. En ce qui a trait aux fœtus, ils peuvent être exposés via le sang de la mère par voie transplacentaire26,27.

Pharmacocinétique et métabolisme

Le manganèse sous forme soluble s'absorberait plus facilement que celui sous forme non soluble28.Ainsi, les formes biologiquement pertinentes sont le Mn2+ et le Mn3+, alors que le Mn4+ n’est pas biodisponible1. Les données portant spécifiquement sur la biodisponibilité orale du manganèse selon qu’il soit ingéré via l’eau potable ou les aliments sont limitées29. Ainsi, Ruoff30 a fait état, sur la base de données expérimentales humaines, d’une biodisponibilité faible du manganèse ingéré via l’eau pouvant être doublée sur un système digestif à jeun comparativement à celle observée lors de consommation concomitante d’aliments. Cependant, aucune différence de biodisponibilité n’a été observée entre l’ingestion d’aliments ou d’eau lors d’expérimentations menées chez le rat31. D’autre part, Song et al.32 ont récemment utilisé une approche de modélisation pharmacocinétique pour examiner les différences de biodisponibilité orale du manganèse dans les aliments et dans l’eau potable. Suivant la simulation de divers scénarios d’exposition de sujets humains par l’entremise de l’eau potable ou de l’alimentation, les auteurs ont conclu à une similarité de biodisponibilité du manganèse présent dans ces deux milieux.

Lors d’une exposition par voie orale, le manganèse est rapidement absorbé au niveau de l’intestin grêle par transport actif33. L’absorption du manganèse ingéré est habituellement faible chez les adultes (3 – 8 %)34, mais davantage importante chez les nourrissons (20 – 40 %)35,36. Le manganèse ingéré est soumis à des processus homéostatiques complexes qui assurent le maintien de la charge corporelle entre 12 et 20 mg chez l’adulte16. L’excrétion biliaire et pancréatique assurerait en partie l’homéostasie. L’augmentation de l’apport de manganèse alimentaire provoque, de manière compensatoire, une diminution de l’absorption gastro-intestinale de celui-ci, ainsi qu’une augmentation de son excrétion biliaire37-40.

Dans des conditions physiologiques normales, le manganèse s’accumule dans le foie, les reins, le cerveau et les os41. La masse osseuse contient d’ailleurs la plus grande quantité de manganèse, soit de 25 à 40 % de la charge corporelle. La demi-vie du manganèse du corps entier est d’environ 4 jours durant la phase rapide et de 39 jours durant la phase lente, et elle est estimée à 8 ans dans les os4,42.

Il est à noter que le manganèse inhalé ne serait pas soumis au même contrôle homéostatique que lors de l’ingestion36,41.

Bénéfices à la santé

Le manganèse est considéré comme un oligo-élément essentiel4,17,43,44. Il joue un rôle essentiel dans plusieurs processus métaboliques, car de nombreuses enzymes et métalloenzymes dépendent du manganèse pour assurer leurs fonctions. Étant le cofacteur du superoxyde dismutase à manganèse, le Mn2+ constitue un élément critique pour la défense antioxydante45. De plus, cet oligo-élément joue un rôle important dans la croissance osseuse, le développement et le fonctionnement du système nerveux central et de la fonction reproductive, le métabolisme des glucides et des lipides, la coagulation du sang, la cicatrisation, ainsi que la fonction immunitaire46,47.

Chez l’animal, une diète pauvre en manganèse a engendré de nombreux effets délétères chez de multiples espèces. Par contre, chez l’humain, l’effet de la carence est moins bien documenté. Des anomalies de la peau (éruption érythémateuse), une croissance lente des ongles, une diminution de la densité osseuse, une dépigmentation des cheveux et une hypocholestérolémie auraient cependant été observées chez les personnes ayant une alimentation pauvre en manganèse (d’environ 0,01 à 0,34 mg/j)5,43,44.

L'Académie nationale de médecine des États-Unis, anciennement l’Institute of Medicine (IOM), a établi les apports nutritionnels de référence pour le manganèse43,44. L’apport quotidien adéquat est de 0,003 mg pour les nourrissons de 6 mois et moins, de 0,6 mg chez ceux de 7 à 12 mois et varie de 1,8 à 2,6 mg chez l’adulte (le plus élevé chez la femme enceinte ou allaitante).

L’apport maximal tolérable (AMT) pour les adultes se fonde sur l’absence d’effets rapportés chez les adultes en santé ayant un régime alimentaire occidental contenant jusqu’à 10,9 mg/j de manganèse15. L’AMT varie de 2 à 6 mg/j pour les enfants de 1 à13 ans (plus élevés pour les plus âgés) et de 9 à 11 mg/j pour les femmes enceintes ou allaitantes, et se fixe à 11 mg/j pour les adultes. Aucun AMT n’a cependant été fixé pour les nourrissons43,44.

Données toxicologiques et épidémiologiques

Intoxication aiguë

L’inhalation de poussières d’oxydes de ce métal en quantités importantes en milieu de travail peut causer un syndrome pseudo-grippal (aussi appelé « fièvre des fondeurs »)20.

Quant à la voie orale, aucun cas d’intoxication aiguë ou subaiguë (à la suite d’une exposition de 24 h à quelques jours) au manganèse n’a été rapporté.

Effets d'une exposition sous-chronique

Chez l’humain, les études de cas sporadiques décrits dans la littérature suggèrent que l’ingestion orale de manganèse en quantités excessives pourrait provoquer des symptômes neurologiques et systémiques en quelques semaines. Cependant, il n’est pas possible d’affirmer avec certitude que les effets observés chez ces cas aient été causés uniquement par le manganèse48-50.

Plusieurs études sous-chroniques ont évalué les effets neurologiques du manganèse chez les rats, les souris et les primates exposés au manganèse par l’eau administrée par gavage1. Dans un nombre restreint d’études effectuées à hautes doses, des effets s’apparentant à ceux du manganisme ont été observés lorsque le manganèse était inhalé. La majorité des études a porté plutôt sur une série d’effets moteurs comportementaux et, plus récemment, des effets cognitifs mesurés lors d’études sous-chroniques chez des animaux adultes ou en développement. De plus, l’ensemble de ces études a aussi mis en lumière plusieurs altérations des paramètres biochimiques du système nerveux. Leurs résultats permettent de constater que les fœtus, les nouveau-nés et les nourrissons se montrent les plus sensibles aux effets neurologiques du manganèse1,51-55. Le mécanisme d’action toxique du manganèse sur le système nerveux des animaux reste complexe et pas encore complètement élucidé. Il impliquerait notamment une altération de la transmission de la dopamine36.

Effets sur la reproduction et le développement

À fortes doses, chez les mammifères, le manganèse affecte la fertilité et est toxique pour l’embryon et le fœtus46,56. En revanche, la carence peut également affecter la fertilité et engendrer des effets congénitaux irréversibles chez l’animal57.

Chez l’humain, les périodes prénatale et postnatale précoce constituent des étapes particulièrement sensibles aux effets du manganèse. En effet, ce dernier est critique pour le cerveau en développement58,59, mais des niveaux élevés peuvent être associés à des effets neurodéveloppementaux chez les jeunes enfants60,61. Certaines études de cohorte révèlent une relation biphasique non linéaire, où la carence et l’excès du manganèse sont associés à des effets indésirables62. Par exemple, l’association en U inversé a été constatée entre l’exposition in utero estimée à partir de concentrations de manganèse dans le sang maternel et le poids à la naissance27,63 ou le développement psychomoteur et mental à l’âge de 6 mois64.

Dans des études récentes, les niveaux prénataux de manganèse mesurés dans les dents de lait ont été associés avec les performances des adolescentes dans les tests de fonction neuromotrice65, d’apprentissage visio-spatiale et de mémoire66,67. Une relation en U inversé a parfois été observée chez les filles65,66, suggérant l’existence de périodes critiques de neurodéveloppement en fonction du genre.

Bien que l’on ait noté des effets bénéfiques et toxiques du manganèse, il est difficile pour le moment de définir un seuil toxique pour l’exposition prénatale en se basant sur les études effectuées chez l’humain.

Effets d'une exposition chronique

Chez l’humain, très peu d’études ont été réalisées chez l’adulte et leurs résultats demeurent équivoques. Des études ont parfois observé des effets neurologiques comparables à ceux rapportés lors d’expositions professionnelles par inhalation, c'est-à-dire avec signes cliniques de type parkinsonien4,68. Ainsi, lors d’une étude épidémiologique menée en Grèce chez des individus de plus de 50 ans (en moyenne : 65 ans) exposés à de fortes concentrations de manganèse (1800 – 2300 µg/L) dans l’eau potable pendant plus de 10 ans, une augmentation significative des scores liés à la présence et à la sévérité de 33 symptômes neurologiques cliniques a été observée69. Par contre, une étude portant sur des individus de plus de 40 ans (moyenne : 57 ans) n’a pas relevé d’association entre l’exposition pendant au moins 10 ans au manganèse dans l’eau potable (< 50 µg/L c. 300 – 2160 µg/L) et des déficits neurologiques70.

Chez l’enfant, un tableau neurotoxique sévère a été rapporté chez une fillette du Nouveau-Brunswick âgée de 6 ans ayant consommé pendant 5 étés de l’eau de puits contenant jusqu’à 2,4 mg/L de manganèse71,72. Les symptômes incluaient des changements comportementaux, des troubles du langage et de la difficulté à marcher. L’enfant souffrait de pica ainsi que de carence en fer, et sa concentration sanguine en manganèse était élevée. Les autres membres de la famille ne présentaient aucun symptôme. Le manganèse présent dans l’eau semblait un facteur contributif probable, mais la raison de la sensibilité particulière de cette enfant reste inconnue; les auteurs ont suspecté un trouble métabolique lié aux métaux divalents tels que le manganèse, le cobalt et le plomb71,72.

Plusieurs études épidémiologiques approfondies ont été réalisées chez l’enfant dans les dernières années. La majorité d’entre elles sont de type transversal (sujettes à différents biais), et les principales études prospectives réalisées jusqu’à maintenant ne se sont pas attardées à l’apport spécifique venant de l’eau73. Ces études rapportent cependant assez fréquemment certains effets sur les fonctions cognitives et motrices et sur le comportement73,74.

Plusieurs études prospectives révisées récemment par l’ANSES75 ont rapporté des résultats discordants sur l’effet du manganèse présent dans l’eau et le développement des enfants. Par exemple, Rahman et al.76 ont publié le suivi de 1 265 enfants au Bangladesh exposés au manganèse via l’eau, de la gestation à l’âge de 10 ans. Une augmentation du manganèse dans l’eau (niveaux médians : 200 – 350 µg/L) était associée à des effets bénéfiques sur le développement cognitif chez les filles et à des effets négatifs sur le comportement des garçons. Dion et al.10 ont, quant à eux, suivi 290 enfants au Québec pendant 4 ans et demi (âge moyen des enfants : 14 ans). Un effet délétère sur le quotient intellectuel (QI) des filles a été observé, alors qu’un effet inverse a été noté chez les garçons. La concentration de manganèse dans l’eau était beaucoup plus faible que dans l’étude précédente (moyenne géométrique : 14,5 µg/L) et l’exposition au manganèse durant le jeune âge n’était pas considérée.

En résumé, même si certains effets neurologiques ont été notés dans les études épidémiologiques réalisées chez les adultes et les enfants, il est difficile pour le moment de tirer des conclusions précises à partir de ces dernières. Néanmoins, la communauté scientifique reconnaît de plus en plus la possibilité d’un lien entre l’exposition au manganèse présent dans l’eau potable et les risques sur le développement neurocomportemental chez le nourrisson. Toutefois, les connaissances actuelles ne permettent pas de statuer de façon certaine sur la concentration de manganèse dans l’eau potable à partir de laquelle de tels effets pourraient survenir.

Effets cancérogènes

Les études existantes ont été jugées inadéquates pour évaluer la cancérogénicité du manganèse. Il a ainsi été considéré comme « non classable; groupe D » par la United States Environmental Protection Agency (U.S. EPA77). Pour sa part, le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) n’a pas évalué le manganèse.

Groupes vulnérables

Nourrissons 0-12 mois

Les premiers mois de vie consistent en une période plus sensible aux effets d’une surexposition au manganèse. Cette période de développement de l’enfant correspond au stade où ses mécanismes de défense, en particulier via l’homéostasie (voir section Pharmacocinétique et métabolisme), ne seraient pas encore suffisamment matures pour le protéger d’un apport excessif de cet élément. Ainsi, les niveaux de manganèse dans le sang du cordon des nouveau-nés sont déjà plus élevés que dans le sang maternel27,78. De plus, le mécanisme d’homéostasie du manganèse est moins efficace chez le nourrisson puisque, par rapport à l’adulte, l’absorption gastro-intestinale est jusqu’à 40 % plus importante et l’excrétion biliaire, plus faible59,79. Par ailleurs, la barrière hématoencéphalique du nourrisson n’est pas entièrement développée, contribuant alors à leur sensibilité accrue à la toxicité neurodéveloppementale du manganèse36,59,80.

Les nourrissons alimentés avec des préparations commerciales (qui ont habituellement des concentrations plus élevées de manganèse) reconstituées avec de l’eau de robinet doivent être considérés comme la population la plus vulnérable aux effets du manganèse dans l’eau potable.

Autres groupes potentiellement susceptibles

Les personnes ayant des conditions qui favorisent l’absorption du manganèse ou affectent son élimination pourraient être plus sujettes à des excès de manganèse de source orale (aliments, suppléments ou eau potable). Par exemple :

  • les personnes atteintes de maladies ou de malformations hépatiques (l’excrétion du manganèse s’effectue par la bile)39,81;
  • les personnes anémiques ou avec une alimentation faible en fer39,82.

Un nombre croissant d’études suggèrent une association entre le fonctionnement neurocomportemental et l’exposition au manganèse dans l’eau chez les enfants d’âge scolaire. Mais à cause de leurs limites, ces études ne permettent pas de conclure que ce groupe d’enfants est particulièrement à risque73.

Enfin, les personnes âgées semblent plus sensibles aux effets du manganèse, étant donné la fragilité de leurs cellules neuronales et leur mécanisme d’homéostasie moins efficace68,83-85, bien que les données épidémiologiques ne permettent pas de le confirmer.

Interaction avec d'autres substances

La présence ou l’absence d’autres facteurs alimentaires, tels que les fibres, les protéines, le fer et le calcium, peuvent modifier l’absorption et la rétention du manganèse16,86. De même, Davidsson et al.34 soulignent que le calcium ajouté dans le lait maternel réduit l’absorption du manganèse.

Une déficience en fer (anémie) contribue à favoriser l’absorption du manganèse et son accumulation dans certaines régions du cerveau87. Chez les femmes, les réserves ferriques sont généralement plus faibles que chez les hommes, ce qui entraîne une augmentation de leurs niveaux sanguins de manganèse82.

Yang et al.88 rapportent, suivant une étude ayant mesuré le sélénium dans le sérum au cordon, que ce nutriment contre les effets néfastes de l’excès d’exposition prénatale au manganèse.

Un nombre croissant d’études expérimentales in vitro, in vivo, toxicogénomiques et épidémiologiques ont montré des interactions entre le manganèse et d’autres métaux60,67,89,90. Le manganèse serait ainsi capable d’exacerber les effets neurotoxiques du plomb chez les jeunes enfants91-93.

L’interaction entre le manganèse et l’arsenic reste encore à confirmer, deux études transversales visant à évaluer la performance intellectuelle des enfants d’âge scolaire n'ayant pu soutenir cette hypothèse94,95. Cependant, une étude prospective récente a montré une interaction de la coexposition prénatale au plomb, à l'arsenic et au manganèse sur le neurodéveloppement de l'enfant âgé de 20 à 40 mois96.

Dosage biologique

Il n’existe pas de consensus sur les meilleurs biomarqueurs pouvant être utilisés comme indicateurs d’exposition au manganèse chez les adultes ou les enfants1,97. Les mesures urinaires et sanguines sont les plus fréquemment utilisées dans les études ou les programmes de biosurveillance1. Néanmoins, ces dernières comportent plusieurs limites, en particulier à cause de la clairance relativement rapide du manganèse du corps humain avec une excrétion très faible dans les urines5. De plus, l’urine et le sang ne conviennent pas pour la surveillance biologique individuelle, mais peuvent être utiles pour distinguer des groupes exposés de groupes de sujets non exposés73,98,99. Les niveaux sanguins de manganèse ont parfois été associés à la présence de manganèse dans l’eau potable100,101. Les mesures dans le sang maternel et/ou le sang du cordon sont quant à elles utilisées dans les études comme biomarqueurs d’exposition prénatale64,93,102.

Les cheveux reflètent davantage l’exposition à long terme73. Par contre, la teneur en manganèse peut être influencée par l’exposition externe (eau contaminée, shampoing, poussière, colorant)103,104, requérant le suivi d'un protocole rigoureux de nettoyage73. De plus, il faut prendre en considération que la concentration de manganèse peut varier selon la couleur des cheveux73. Les résultats des études sont équivoques, certaines démontrant une association entre le manganèse dans l’eau et sa concentration dans les cheveux69,101,105, et d’autres non70,104,106. Les ongles d’orteils représentent un autre biomarqueur d’exposition cumulative au manganèse98,107.

Enfin, la concentration de manganèse dans la dentine des dents de lait est un nouveau marqueur qui refléterait mieux l’exposition longitudinale allant de la période prénatale à l’âge de 6 à 12 ans65-67,108. Son utilisation est cependant peu pratique73. Il est à noter que, depuis janvier 2017, le manganèse ne fait plus partie de la liste des substances à déclaration obligatoire d’origine chimique en vertu du programme de maladies à déclaration obligatoire du Québec, les possibilités d’évaluer adéquatement l’exposition individuelle au manganèse par le biais de la surveillance biologique étant très limitées109.

Signes cliniques

La toxicité du manganèse dépend de la voie d’exposition (ingestion, inhalation), notamment en raison des différences existant sur le plan de la régulation homéostatique.

Pour ce qui est de l’ingestion d’eau, quelques cas avec troubles neurologiques sévères ont été rapportés dans la littérature, mais leur lien avec l’exposition au manganèse est incertain1,72,75. Par ailleurs, comme mentionné précédemment, plusieurs études ont associé l’exposition chronique au manganèse (concentrations moyennes dans l’eau potable : 20 – 800 µg/L) et certains effets délétères subcliniques (effets sur le QI, comportement, performance scolaire, mémoire à court terme, dextérité motrice, souplesse cognitive, etc.) chez des enfants73,74. Chez les adultes âgés en moyenne de 65 ans et exposés à long terme aux fortes concentrations de manganèse dans l’eau (environ 2 000 µg/L), des symptômes neurologiques cliniques de type parkinsonien69 ont été observés, mais le lien de causalité n’a pas été prouvé.

Mesures de contrôle disponibles

Mesures communautaires

Les procédés pour éliminer le manganèse de l’eau sont basés sur la modification du potentiel d’oxydoréduction et du pH de l’eau traitée, ainsi que sur les réactions de précipitation/dissolution et adsorption/désorption. Le choix du type de traitement de l’eau pour l’élimination efficace du manganèse dépend de sa concentration et de sa forme chimique (les sels dissous ou les particules des oxydes solides), en plus des propriétés physico-chimiques et des paramètres microbiologiques de l'eau2,4,24. Parmi les méthodes les plus courantes, il faut retenir l’oxydation (biologique ou par KMnO4, ClO2, O3) ou la coagulation (à pH élevé), suivies par la séparation physique (filtration). Au sujet des installations communautaires (réseaux municipaux, privés, institutionnels ou touristiques), la mise en place d’un équipement de traitement pour diminuer la concentration de manganèse dans l’eau potable requiert une autorisation préalable du MELCC. Le responsable d’une telle installation doit donc contacter le bureau régional de ce Ministère pour connaître les modalités à respecter et confier à un professionnel reconnu le mandat de déterminer les équipements répondant à tous ses besoins.

Mesures individuelles

Les systèmes de traitement au manganèse sont généralement installés au point d'entrée (POE) dans les maisons approvisionnées en eau potable à partir d'un puits privé. Les technologies utilisées sont l'échange d'ions (l'adoucisseur d'eau) et la filtration sur milieu catalytique (catégorie qui inclut le sable vert).

D’autres dispositifs de traitement de l'eau potable sont également disponibles pour réduire les concentrations de manganèse au point d'utilisation (typiquement le robinet de cuisine) ou à l’aide de filtres de type déversoir (pichet). Parmi les technologies de traitement en milieu résidentiel les plus fiables et efficaces, il faut noter l'osmose inverse et l'échange d'ions, qui permettent d’éliminer de 86 à 100 % du manganèse110. Les études sur le retrait du manganèse pour l’eau filtrée à l’aide d’un déversoir qui contient un mélange de résine et de charbon actif montrent une efficacité moyenne de 74 %111, laquelle dépend cependant de la présence de dureté et du degré d’épuisement de la cartouche filtrante. Les informations concernant la performance des dispositifs de traitement au point d’utilisation demeurent néanmoins limitées. Les dispositifs de traitement domestique doivent être entretenus de façon adéquate, sinon leur efficacité est considérablement réduite. De plus, il peut être pertinent de faire appel à un spécialiste afin d’obtenir des conseils sur les meilleurs produits à utiliserI.

Selon le Code de constructionII, les dispositifs de traitement de l’eau potable à osmose inverse installés au point d’utilisation et destinés à satisfaire aux exigences du Règlement sur la qualité de l’eau potable doivent être conformes à la norme CAN/CSA‐B483.1III, qui vise les systèmes de traitement de l’eau potable112.

Normes et recommandations

Norme québécoise

Actuellement, il n’existe pas de norme québécoise pour le manganèse dans le Règlement sur la qualité de l’eau potable.

Recommandation canadienne

Santé Canada recommande une concentration maximale acceptable (CMA) de manganèse dans l’eau de 120 µg/L4. Pour la dériver, Santé Canada a retenu une série d’études ayant mis en évidence des effets neurologiques (moteurs, comportementaux et cognitifs) chez des rats nouveau-nés exposés au manganèse via l’eau de consommation, afin de calculer une dose de référence de 25 µg/kg de poids corporel par jour4. Lors de chacune des études, du MnCl2•4H2O a été administré à des ratons mâles par voie orale à partir du jour suivant leur naissance et durant les 21 jours subséquents. À partir des résultats de ces études, Santé Canada a défini un LOAEL (lowest-observed-adverse-effect level) de 25 mg/kg de poids corporel par jour, auquel un facteur d’incertitude de 1000 a été appliqué (10 pour la variabilité intraspécifique, 10 pour la variabilité interspécifique et 10 pour l’extrapolation LOAEL-NOAEL).

À partir de la dose de référence de 25 µg/kg de poids corporel par jour, une VGS de 120 µg/L a été calculée en considérant les paramètres d’exposition d’un nourrisson (âgé de 0 à 6 mois) consommant du lait de formule préparé avec de l’eau potable. La contribution relative (RSC) de l’eau potable à l’exposition totale du nourrisson au manganèse a été estimée à 50 %. Comme les effets au développement qui sous-tendent la VGS sont considérés comme les plus sensibles, aucune autre VGS fondée sur des études d’exposition chronique n’a été déterminée.

Le Comité fédéral-provincial-territorial sur l’eau potable recommande aussi un objectif esthétique de 20 µg/L comme concentration qui n’entraînerait pas de problèmes d'ordre organoleptique et esthétique, et qui favoriserait la confiance des consommateurs à l’égard de la qualité de leur eau potable4.

Recommandation américaine

La U.S. EPA a calculé une dose de référence de 47 µg/kg de poids corporel par jour fondée sur la limite supérieure de l’apport alimentaire en manganèse qui proviendrait d’une diète typique occidentale et végétarienne et qui n’entraînerait aucun effet néfaste chez l’adulte113. Cette dose a été considérée comme un NOAEL (no-observed-adverse-effect level) et un facteur d’incertitude de 3IV a ensuite été appliqué. La VGS (nommée Health advisory) de 300 µg/L est calculée en prenant en considération les paramètres d’exposition d’un adulte et une contribution relative de l’eau potable à l’exposition totale au manganèse équivalente à 20 %.

Critère de l’OMS

À l’instar de la U.S. EPA, l’OMS fonde sa VGS (nommée Health based value) sur la limite supérieure de l’apport alimentaire en manganèse chez l’adulte. La différence dans les valeurs finales (400 µg/L pour l’OMS c. 300 µg/L pour la U.S. EPA) réside dans les valeurs des paramètres d’exposition utilisées pour l’adulte. Cette VGS n’est cependant pas retenue par l’OMS comme recommandation, l’organisme jugeant cette concentration « bien au-delà des concentrations occasionnant des problèmes d’acceptabilité dans l’eau potable »114.

Recommandations de l’État du Minnesota

Le Minnesota Department of Health (MDH) s’appuie, tout comme Santé Canada, sur les effets neuro-développementaux observés chez les rats exposés au manganèse dans l’eau au début de leur vie et calcule une VGS (nommé Health Based Value) de 100 µg/L115. Pour dériver cette VGS, le MDH a considéré les mêmes effets que Santé Canada sur les rats ainsi que les paramètres d’exposition d’un nourrisson consommant du lait de formule reconstitué avec de l’eau potable ainsi qu’une RSC de 50 %. Il est à noter que le MDH applique cette VGS aux nourrissons âgés d’un an et moins uniquement. Pour les personnes âgées de plus d’un an, le MDH appuie toujours la VGS de la U.S. EPA de 300 µg/L115.

Valeur guide sanitaire de l’Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail (ANSES) de France

La valeur guide sanitaire de l’ANSES de 60 µg/L75 a été calculée pour un scénario protecteur pour les nourrissons à partir des effets neurologiques observés dans les études animales répertoriées par Santé Canada (4) et le MDH115. La dose de référence de 55 µg/kg définie par le GSE de l’INSPQ116 a été utilisée. De plus, une RSC de 20 %, ainsi qu’une consommation journalière d’eau rapportée à la masse corporelle de 0,185 L/kg de poids corporel par jour (90e percentile de la consommation d’eau pour les nourrissons de 1 à 4 mois), ont été retenues.

Objectif santé du Groupe scientifique sur l’eau de l’INSPQ

Le GSE a établi une VGS chronique de 60 µg/L pour le manganèse dans l’eau potable116,117. Le GSE retient comme effet critique, à l’instar de Santé Canada et du MDH, les effets neurologiques observés chez des rats nouveau-nés exposés au chlorure de manganèse dans l’eau. La dose retenue comme point de départ (POD) est également de 25 mg/kg de poids corporel par jour. À ce POD, le GSE applique un facteur d’incertitude total de 450V et obtient une dose de référence de 55 µg/kg de poids corporel par jour.

Le calcul de la VGS prend en considération les paramètres d’exposition du nourrisson (0 – 6 mois) alimenté avec du lait de formule reconstitué avec de l’eau potable. La contribution relative de la source (RSC) a été fixée à 20 %, en particulier à cause de l’importance de l’apport en manganèse de certaines formules de lait. Cette valeur guide de 60 µg/L (valeur arrondie) visant la protection de cette population vulnérable protège, par le fait même, l’ensemble de la population. Néanmoins, sur une base provisoire, le GSE propose d’utiliser la VGS de 300 µg/L de la U.S. EPA pour les enfants (supérieurs à 1 an) et les adultes. Il est important de rappeler que ni les aspects organoleptiques ni les considérations de faisabilité technique et économique ne sont pris en compte lors de l’établissement de cette VGS. Le tableau suivant compare les approches des différentes organisations.

Tableau 1 - Comparaison des valeurs guides sanitaires (VGS) pour le manganèse, selon les organisations compétentes

  Santé
Canada
U.S. EPA OMS MDH ANSES GSE
Année 2019 2004 2011 2018 2017 2017
Nom de la VGS Health based
value
Health
advisory
Health based
value
(non
retenue)
Risk
assessment
advice
Valeur guide
sanitaire
Valeur guide
sanitaire
VGS
(μg/L)
120 300 400 100 60 60
Étude de base
[espèce]
Kern et
Smith54;
Kern et
al
.55;
Beaudin et
al
.118
[rats]
Schroeder et
al
.119;
NRC120
[humains]
OMS17
[humains]
Kern et
al
.55
[rats]
Kern et
Smith54;
Kern et
al
.55;
Beaudin et
al
.51,118
[rats]
Kern et
Smith54;
Kern et
al
.55;
Beaudin et
al
.51,118
[rats]
Point de départ
(mg/kg de poids
corporel par jour)
25
(LOAEL)
0,140
(NOAEL)
0,183
(NOAEL)
25
(LOAEL)
25
(LOAEL)
25
(LOAEL)
Facteur d'incertitude total 1000 3 3 300 450 450
Dose de référence
(μg/kg de poids
corporel par jour)
25 47 61 83 55 55
Poids corporel
(kg)
7 70 60 - - 6,7
Contribution
relative de la source
(%)
50 20 20 50 20 20
Consommation
d'eau
(L/j)
0,75
(0,107 L/kg/j)
2 2 0,285 L/kg/j 0,185 L/kg/j 1,22
(0,182 L/kg/j)

Tableau 2 - Le manganèse - fiche résumée

En bref
Seuils de perception Seuil olfactif Aucun
Seuil de goût > 100 000 - 75 000 μg/L [Sain et al.21]
Seuil visuel > 50 - 20 μg/L Mn4+ [Sain et al.21]
Exposition
environnementale
principale
Aliments (noix, grains, légumes, fruits, préparations pour nourrissons), thé
Apports
environnementaux
moyens adulte
[Santé Canada4;
OMS16]
Eau Aliments Air Sol Autres
< 0,04 mg/j ≈ 5 mg/j ≈ 0,0002 mg/j S.O. Suppléments
alimentaires :
0,13 - 9 mg/j
Effets sur la santé humaine
Voies d'absorption possibles par l'eau
  • Enfants et adultes : ingestion;
  • Fœtus : transplacentaire
  • Nourrissons : préparation du lait commercial reconstitué avec de l’eau
  • Inhalation avec la vapeur d’eau et absorption cutanée seraient négligeables
Bénéfices
à la santé
Oligo-élément essentiel jouant un rôle dans plusieurs processus métaboliques
Effets chroniques Suspectés : effets neurotoxiques (comportements, apprentissage, fonctions motrices, altérations des structures neurologiques et de la neurotransmission)
Cancérogénicité Satut : Non classable; groupe D [U.S. EPA77]
Groupes vulnérables au contaminant Nourrissons nourris avec du lait reconstitué avec l’eau du robinet
Interactions avec d’autres substances
  • Antagonistes : fer, calcium
  • Synergie possible : plomb, arsenic
Dans l’eau potable
Occurrence Généralement < 50 µg/L, mais parfois plus dans les eaux souterraines
Méthode et limite analytiques [CEAEQ121] Limite de détection 0,2 µg/L 
Seuil de quantification 0,6 µg/L 
Techniques de traitement Communautaires Optimisation du traitement conventionnel selon les formes du Mn dans l’eau (oxydation; coagulation à pH élevé; filtration)
Individuelles Osmose inverse, échanges d’ions (si peu de fer), filtres déversoirs (pichets filtrants)
Normes et recommandations pour l’eau potable
Norme au Québec Aucune norme pour le manganèse 
Santé Canada
  • Concentration maximale acceptable (CMA) : 120 µg/L
  • Objectif esthétique : 20 µg/L
U.S. EPA Health Advisory : 300 µg/L 
OMS Aucune valeur retenue
Valeurs guides sanitaires pour différentes durées d’exposition pour les effets non cancérogènes
Durée d’exposition Nom de la valeur guide
[Source]
Concentration
(µg/L)
Effets à la santé Population visée
Aiguë Health Advisory 1 day
[U.S. EPA (122)]
1000 Selon l’apport nutritionnel adéquat [IOM43] Enfants (10 kg)
Court terme
< 30 jours
Health Advisory 10 days
[U.S. EPA (122)]

1000

Selon l’apport nutritionnel adéquat [IOM43] Enfants (10 kg)
300 Effets neurologiques divers et augmentation de Mn dans le cerveau (rat) Nourrissons 0-6 mois alimentés uniquement au biberon
Health Based Value
[MDH (115)]
100 Effets neurologiques divers et augmentation de Mn dans le cerveau (rat) Nourrissons 0-12 mois alimentés uniquement au biberon
Sous-chronique Valeur guide sanitaire du GSE pour les nourrissons
(116)
60 Effets neurologiques divers et augmentation de Mn dans le cerveau (rat) Nourrissons 0-6 mois alimentés uniquement au biberon
Chronique Valeur guide sanitaire du GSE pour les enfants et adultes 300
(valeur provisoire)
Selon l’apport maximal tolérable chez l’adulte [IOM (43)] Enfants (≥ 1 an) et adultes
Lifetime Health Advisory
[U.S. EPA122]
300

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Fiche rédigée par Mariya Kravchuk, Institut national de santé publique du Québec
Sous la coordination de : Denis Gauvin et Patrick Levallois, Institut national de santé publique du Québec
Révision scientifique : Benoît Barbeau, Polytechnique de Montréal; Marie-Hélène Bourgault et Mathieu Valcke, Institut national de santé publique du Québec; Anouka Bolduc, Donald Ellis et Félix Légaré-Julien, ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques; Sonia Boivin, Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux de l'Estrie – Centre hospitalier universitaire de Sherbrooke; Nathalie Brault et Monia Ghorbel, Centre intégré de santé et de services sociaux de la Montérégie-Centre; Louis-Charles Rainville, Centre intégré de santé et de services sociaux de la Gaspésie.
Révision : Véronique Paquet, Institut national de santé publique du Québec
Remerciements : Cette fiche a été réalisée à partir de l’avis rédigé par le Groupe scientifique sur l’eau de l’Institut national de santé publique du Québec à la demande du ministère de la Santé et des Services sociaux (document non publié, 2017) et des avis préliminaires destinés aux directions de santé publique donnés par Céline Campagna et Isabelle-Julie Brisson de l’Institut national de santé publique du Québec.

Citation suggérée pour la présente fiche :
Groupe scientifique sur l'eau (2019). Manganèse. Dans Fiches synthèses sur l'eau potable et la santé humaine. Institut national de santé publique du Québec. Repéré à https://www.inspq.qc.ca/eau-potable

Mise en ligne : septembre 2019

Dernière modification: 

26 septembre 2019