Normes de qualité et contamination : le défi de l’eau pharmaceutique

De par sa composition polarisée, l’eau possède des caractéristiques qui lui permettent d’être utilisée de nombreuses façons dans le domaine pharmaceutique. Les capacités d'absorption, d'adsorption et de dissolution de l'eau en font un matériau polyvalent et c'est pourquoi son utilisation est si répandue dans les différents procédés pharmaceutiques. La propriété universelle de solvant de l'eau rend son utilisation très appréciée pour la synthèse de composés actifs ou pour leur cultivation. L’eau est également utilisée dans les étapes de purification des médicaments. Outre sa présence lors de la fabrication de divers produits pharmaceutiques, l'eau peut être stockée pour une utilisation directe ou indirecte lors de l'administration dudit produit à différents patients. Enfin, il est largement utilisé dans la désinfection et la stérilisation de divers équipements.


L’eau étant d’une importance primordiale dans les opérations pharmaceutiques et sa qualité ne doit pas être négligée, plusieurs normes internationales ont été élaborées pour garantir la qualité de l’eau utilisée et la sécurité des utilisateurs. Ces normes, appelées pharmacopées, sont des ouvrages exhaustifs concernant les différents produits, leurs modes d'utilisation, leur composition et toute autre information importante les concernant. Les trois principales pharmacopées disponibles au niveau international sont celles des États-Unis (USP), de l'Europe (EP) et du Japon (JP). Bien qu’il existe quelques différences entre ces pharmacopées, les grandes lignes sont très similaires.


Catégories d'eau

L’eau potable est un type d’eau légèrement traitée provenant de différentes sources naturelles ou stockées. Les sources naturelles peuvent être une source, un puits, une rivière, un lac ou la mer. En fonction des contaminants présents dans la source d'origine, le traitement nécessaire sera adapté pour rendre l'eau propre à la consommation humaine. Généralement, pour atteindre la qualité de l'eau potable, le traitement classique comprend le dessalement, l'adoucissement, l'élimination de certains ions, la réduction des particules et le traitement antimicrobien.


L’eau purifiée est une eau de meilleure qualité que l’eau potable. Pour être fabriquée, l’eau purifiée doit provenir d’une source d’eau de qualité potable ou supérieure. Cette qualité d’eau devant répondre aux spécifications de la pharmacopée applicable, il est important de surveiller sa pureté chimique et microbiologique. De plus, ce type d’eau doit être protégé de la recontamination et de la croissance microbienne. Pour obtenir la qualité d’eau nécessaire, l’eau purifiée peut être traitée en utilisant une combinaison d’osmose inverse, d’électrodéionisation et de distillation. D’autres moyens peuvent être utilisés pour atteindre cette qualité d’eau, mais celui-ci est le plus courant.


De plus, l’eau pour injection (WFI) est reconnue comme l’eau de la plus haute qualité à usage pharmaceutique. Il s'agit d'une solution hypotonique destinée à la préparation d'une solution pour administration parentérale. Pour atteindre ce type de qualité d’eau, les sociétés pharmaceutiques ont accès à plusieurs types de technologies. L’utilisation de la double osmose inverse couplée à d’autres technologies comme l’ultrafiltration, la désionisation ou l’ozonation peut être une solution. Étant la qualité d’eau ultime en pharmacie, l’eau pour préparations injectables doit être conforme aux pharmacopées applicables. Cela signifie souvent un contrôle de la pureté chimique et de la microbiologie, y compris des endotoxines, ainsi qu'une protection contre la recontamination et la croissance microbiologique.


Type de traitement

Puisqu’une eau de haute qualité doit être créée à partir d’eau potable, nous discuterons brièvement des types de traitements qui peuvent être utilisés pour cette étape. Selon la qualité de l’eau entrante, les types de traitement utilisés peuvent varier considérablement. Puisqu’il existe une grande variété de traitements de base disponibles sur le marché, nous ne présenterons que les technologies les plus courantes.


Premièrement, les traitements de coagulation/floculation et les bassins de sédimentation constituent une option très intéressante pour la réduction des matières dissoutes dans l’eau. Les technologies biologiques telles que les traitements aérobies et anaérobies sont des options idéales pour réduire la demande biologique en oxygène (DBO) et la demande chimique en oxygène (DCO). Ensuite, il y a les différents types de filtrations. Selon l’apport d’eau, la filtration est une étape très efficace pour éliminer certains virus, bactéries, colloïdes et bien d’autres contaminants.


Traitement avancé

Bien que l’utilisation de l’osmose inverse soit répandue dans de nombreux domaines, l’osmose inverse pharmaceutique présente certaines spécificités qui lui sont propres. De plus, lorsqu'elle est utilisée seule, l'osmose inverse n'est pas suffisante pour atteindre la qualité de l'eau requise pour fabriquer de l'eau pour injection. Pour ce faire, il faut ajouter d'autres technologies avancées.Parmi ces technologies, le polissage avec un électrodéioniseur (EDI) peut être utilisé, couplé à d'autres technologies comme l'ozonation ou la stérilisation UV ainsi que l'utilisation de filtres stérilisants avec des pores de 0,2 micron ou mieux contrôler les bactéries.

 

Problème d'identification

Il n’est pas facile d’identifier les contaminants pharmaceutiques. En effet, qu'il s'agisse de l'identification des composés chimiques présents dans l'effluent ou de leur concentration, les variations entre lots de production rendent leur identification difficile. Ensuite, l’origine des contaminants est encore plus complexe. Bien évidemment, les effluents industriels pharmaceutiques constituent une source importante de contamination. Cependant, la source étant connue, il est relativement simple de résoudre le problème au mieux. Par ailleurs, les composés utilisés sont connus de l'industrie pharmaceutique et peuvent être traités sur place selon leur nature.


Les déchets hospitaliers constituent un problème plus complexe car difficiles à contrôler, même s’ils sont soumis à la réglementation sur les déchets biomédicaux. Sachant que les différentes technologies de traitement de l’eau ont toutes des qualités et des défauts, il peut être complexe d’identifier la technologie idéale pour un hôpital puisque les variations de concentration et de contaminants sont si intenses qu’un système pourrait s’avérer inefficace la plupart du temps.


De plus, les composés chimiques des médicaments utilisés par différents groupes de personnes ont un impact significatif sur la contamination des milieux naturels. Lorsqu’un médicament est consommé, l’organisme le métabolise pour rendre la molécule plus polaire afin de faciliter son absorption et son excrétion. Quelle que soit la voie empruntée pour quitter l’organisme, le produit chimique métabolisé se retrouve dans l’environnement et termine très souvent son voyage dans l’eau.

 

Traitements difficiles

Comme tout le reste, les systèmes de traitement de l’eau ont des forces et des faiblesses. C'est pourquoi il existe une si grande variété de technologies. Selon la technologie choisie, l'efficacité contre certains contaminants peut varier.


Généralement, les stations d’épuration municipales ne sont pas conçues pour le traitement des contaminants pharmaceutiques. Par exemple, l’ibuprofène (Advil) est généralement éliminé à un taux d’au moins 75 %, ce qui pourrait être mieux compte tenu de l’usage courant et parfois quotidien de ce médicament. Malgré cela, le taux de retrait d’Advils n’est pas critique par rapport à certaines autres molécules. Le sulfaméthoxazole, un antibiotique largement utilisé, n'est retiré qu'à hauteur de 11 % en moyenne des stations d'épuration municipales.

Une fois « traités » par les usines municipales, les effluents sont ensuite rejetés dans l'environnement malgré la présence de composés pharmaceutiques. Quant aux composés qui pourraient être éliminés de l’eau, ils se retrouvent généralement dans les boues, qui sont ensuite déposées dans des décharges ou utilisées comme engrais sur les terres agricoles.


Évidemment, la présence de contaminants dans l’environnement a un fort impact sur les organismes en contact avec ces contaminants. Bien que l'utilisation des boues sur les terres agricoles soit une pratique courante et légale au Canada, la présence de contaminants pharmaceutiques dans les boues affecte indirectement l'efficacité des terres. De plus, il a été démontré que la consommation à long terme d’eau contaminée par des composés pharmaceutiques peut avoir un impact sur le corps humain. Ces impacts incluent des problèmes respiratoires, des problèmes de reproduction et même une dépression chronique.


Si seulement les problèmes liés à ces contaminants s’arrêtaient là ! Mais non, les contaminants antibiotiques posent un défi supplémentaire. Comme indiqué ci-dessus, certains antibiotiques tels que le sulfaméthoxazole sont extrêmement difficiles à éliminer de l'eau. Cependant, ce n’est pas là le problème principal. Il a été démontré qu’une exposition continue à n’importe quel antibiotique contribue à la résistance aux antibiotiques. Par conséquent, les bactéries présentes dans l’eau peuvent développer une résistance aux antibiotiques présents dans la même eau. Ainsi, l’efficacité de ces médicaments peut diminuer considérablement et augmenter les risques pour la santé.

 

Contaminants les plus courants

Encore une fois, selon la source, les contaminants varient considérablement. Par exemple, concernant les déchets hospitaliers, une étude menée au Québec en 2021 a identifié 10 composés représentant les contaminants les plus toxiques et les plus courants retrouvés dans l'environnement. Ces contaminants sont les suivants :

Acétaminophène

Analgésique

Baclofène

Relaxant musculaire

Carbamazépine

Antiépileptique

Cétrizine

Antihistamine

Diclofénac

Anti-inflammatoire

Gabapentine

Antiépileptique

Prégabaline

Analgésique

Quétiapine

Antipsychotique

Sulfaméthoxazole

Antibiotique

Triméthoprime

Antibiotique

 

Voici ensuite une courte liste de différents contaminants pouvant provenir des effluents industriels.

Métoprolol

Bêta-bloquant

Énoxacine

Antibactérien

Enrofloxacine

Antibiotique

Citalppram

Antidépresseur

Norfloxacine

Antibiotique

Loméfloxacine

Antibiotique

Ciprofloxacine

Antibiotique

Losartan

ARA

Cétirizine

Antihistamine

Ofloxacine

Antibiotique

Ranitidine

Antagoniste H2

Bien que les données recueillies proviennent de différents endroits, comme un hôpital au Québec et une source d'eau située à proximité d'une usine pharmaceutique en Inde, les mêmes types de contaminants ont été identifiés dans des sources d'eau aux États-Unis et ailleurs au Canada.


Avec plus de 850 composés pharmaceutiques et quelque 12 000 médicaments approuvés, les listes élaborées ci-dessus ne représentent que la pointe de l'iceberg et l'impact de chaque composé pharmaceutique sur l'environnement ne doit pas être négligé car il peut être tout aussi problématique.


Quelques solutions possibles

La contamination pharmaceutique pouvant provenir d’effluents industriels, d’effluents hospitaliers ou de sécrétions post-consommation, identifier une solution constitue un défi majeur.


De plus, comme les usines de traitement municipales ne sont pas construites pour traiter ce type de contaminant, il est important d'assurer un traitement efficace avant de les rejeter dans les réseaux d'égouts locaux ou dans l'environnement. Dans de nombreux endroits, les gouvernements sont intervenus pour gérer les rejets d’effluents pharmaceutiques. Ailleurs, comme au Québec, la législation est très souple avec ce type de contaminants. En effet, au Québec, les rejets dans les égouts locaux sont principalement de compétence municipale. Pour cette raison, les normes d'acceptation varient considérablement d'un endroit à l'autre.


Êtes-vous intéressé par la gestion des eaux usées industrielles? Consultez cet article présentant les différents types de rejets, les différentes législations et les problèmes possibles.


Heureusement, les dogmes sociaux évoluent depuis quelques temps et les entreprises s’y adaptent. Le respect de l'environnement devient un enjeu majeur pour toute entreprise et c'est pourquoi, malgré l'absence d'obligation, de plus en plus d'entreprises pharmaceutiques optent pour une utilisation plus responsable de l'eau et assurent une extraction plus efficace des contaminants.


Effluents pharmaceutiques

Bref, les technologies actuellement utilisées pour traiter les effluents pharmaceutiques sont extrêmement efficaces et polyvalentes. Ces technologies permettent l'optimisation des lignes de production en permettant la réutilisation de l'eau et la récupération de plusieurs sous-produits tels que des solvants, des acides, des métaux lourds et plusieurs autres. Apis. La récupération des sous-produits se fait généralement lors de l'étape de prétraitement et cette étape peut être très avantageuse car elle ajoute un poids d'or dans la balance en permettant la récupération de produits à forte valeur économique.


L’avancée technologique des bioréacteurs à membrane en a fait une technologie de choix dans l’industrie pharmaceutique. Lorsqu'un traitement biologique est adopté, la forte rétention des boues offerte par ces bioréacteurs et leur coût relativement faible offrent des résultats intéressants à l'industrie pharmaceutique. En effet, en plus de diminuer drastiquement le total des matières dissoutes dans l’eau, ces bioréacteurs se sont révélés efficaces contre plus de 10 œstrogènes. Il est toutefois important de rappeler que l’élimination complète de tous les contaminants pharmaceutiques est extrêmement complexe, quelle que soit la technologie utilisée. C'est pourquoi les sociétés pharmaceutiques utilisent souvent une combinaison de technologies lors du processus de traitement de l'eau.

Du côté des traitements avancés, les tests encore en cours aujourd’hui ont identifié des combinaisons technologiques offrant de meilleurs taux d’élimination. Par exemple, le dioxyde de titane combiné à la technologie UV et au peroxyde d’hydrogène a démontré un taux d’élimination très efficace contre le phénol. Deuxièmement, les traitements d'oxydation électrochimique utilisant des radicaux hydroxyles ont démontré des taux d'élimination très impressionnants de l'éthinylestradiol, du diclofénac, de la carbamazépine, du propanolol et de l'ibuprofène.


Pour faire court, d’autres traitements avancés tels que le traitement par ultrasons et l’oxydation par air humide présentent également des caractéristiques prometteuses. Les tests montrent une efficacité croissante dans l’élimination et la récupération des contaminants des eaux usées pharmaceutiques. La combinaison de technologies de traitement avancées, appelées traitements hybrides, semble tout aussi prometteuse pour parvenir à un traitement optimal.

Conclusion

Compte tenu de la forte expansion du secteur pharmaceutique et de la diversification des produits et sous-produits utilisés dans le procédé, l’avancée technologique du traitement de l’eau suit la courbe sans la dépasser. Afin d’assurer un avenir viable à notre société, il est impératif d’identifier des sources de solutions pour réduire l’impact et la présence des contaminants pharmaceutiques dans nos vies.


Bien que les technologies de traitement se diversifient de plus en plus et que des études soient encore menées pour trouver de nouvelles solutions, les technologies émergentes de purification de l’eau sont très souvent utilisées exclusivement pour la fabrication de produits pharmaceutiques. Autrement dit, pour des raisons financières, les systèmes de traitement des effluents sont rarement aussi performants que le système initial. Bref, le progrès technologique doit s’accompagner d’ingéniosité, de rigueur et de bonne volonté pour assurer un avenir propre à notre société. Heureusement, de plus en plus d’entreprises pharmaceutiques font preuve d’imagination et de bonne foi dans leur utilisation et leur rejet de l’eau.

Sources
Les eaux usées minières: vers la récupération des métaux précieux