Les cyanobactéries (algues bleues-vertes ou cyanophycées) sont des micro-organismes photoautotrophes qui colonisent la majorité des écosystèmes terrestres et aquatiques. Bien qu’elles aient normalement une existence planctonique, les cyanobactéries peuvent former des agrégats verts olives à la surface de l’eau (fleurs d’eau ou "blooms") .

Elles sont classées en deux grands groupes : les neurotoxines et les hépatotoxines . On rapporte, de plus, l’existence de toxines mineures, capables d’induire une réponse allergène cutanée ainsi que des symptômes de type gastro-entérite.

Les neurotoxines

Les neurotoxines sont des alcaloïdes dont plusieurs sont apparentées à la toxine paralysante (saxitoxine). La plus connue, l’anatoxine-a, est un inhibiteur de la cholinestérase dont l’ingestion provoque de l’ataxie, des convulsions et, finalement, la mort. La dose létale (DL50) intrapéritonéale chez la souris est de 200 µg/kg de poids corporel avec l’anatoxine-a purifiée.

Les hépatotoxines

La plupart des hépatotoxines sont collectivement appelées microcystines, la première de ce groupe ayant été identifiée chez Microcystis aeruginosa . Structurellement, les microcystines sont des heptapeptides qui contiennent notamment deux acides aminés de type L, variables, et deux acides aminés de type D, constants et spécifiques aux microcystines car elles sont absentes chez les autres organismes vivants. La cinquantaine de microcystines identifiée à ce jour est nommée en fonction des acides aminés variables; la plus commune et la plus étudiée étant la microcystine-LR (pour leucine et arginine). Les microcystines sont habituellement des endotoxines qui demeurent à l’intérieur de la cellule, étant relarguées lors de la rupture cellulaire consécutive à la mortalité naturelle ou induite par des algicides. Après relargage, elles peuvent conserver leur activité toxique pendant plusieurs semaines, une réduction de 90 % de l’activité étant habituellement notée après une période variant de 40 à 90 jours.

Il existe une quarantaine d’espèces de cyanobactéries capables de produire diverses cyanotoxines. Les neurotoxines sont produites par les genres Anabaena, Aphanizomenon et Oscillatoria.
Quant aux hépatotoxines, elles sont également synthétisées par ces trois genres, auxquels s’ajoutent Microcystis, Nodularia et Nostoc.
Les espèces les plus souvent impliquées dans la formation de fleurs d’eau en eau douce, notamment en Bretagne, sont Anabaena flosaquae, Aphanizomenon flosaquae, Microcystis aeruginosa et Plankthotrix agardhii.

La croissance des cyanobactéries dépend d’abord de la lumière, de la température ainsi que la présence de sources inorganiques d’azote et de phosphore. Ces organismes croissent mieux en présence d’une lumière d’intensité modérée, la pleine luminosité d’été étant habituellement photoinhibitrice. Les cyanobactéries sont capables de croître dans une gamme de température allant de 5 à 35 °C, les plus hautes favorisant habituellement un développement plus rapide. À l’instar de tous les autotrophes, elles ont besoin de nutriments inorganiques. Le phosphore étant habituellement l’élément limitant, sa présence sera déterminante quant à l’apparition de fleurs d’eau.Les conditions qui déclenchent la production de cyanotoxines sont encore mal connues. Quelques espèces produisent leurs toxines durant toute la phase de croissance alors que d’autres le font à la fin de la phase logarithmique.

La température optimale de production de toxines s’étend de 15 à 25 °C, selon les espèces.
Finalement, des concentrations de phosphore de 0,3 à 0,6 mg/L et d’azote de 1,0 à 6,0 mg/L semblent adéquates pour la synthèse de toxines. Il est donc raisonnable d’affirmer que les conditions environnementales estivales existant en Bretagne sont susceptibles de favoriser la croissance des cyanobactéries ainsi que la production de leurs toxines

Aucun cas de mortalité humaine consécutif à l’ingestion d’eau contaminée aux microcystines ou à la suite d’un contact direct découlant de la baignade n’a été rapporté. Des symptômes de type gastro-entérite, des maux de tête et de gorge ou des irritations cutanées et oculaires ont cependant été associés au contact direct avec l’eau contaminée ou à son ingestion

Selon un document intitulé "Toxic cyanobacteria in water. A guide to their public health consequences, monitoring and management" (Ed : I. Chorus et J. Bartram) et qui a été publié en 1999 par L’Organisation Mondiale de la Santé, des précautions sont à prendre dans les lieux de baignades, lorsqu'il y a proliférations de cyanobactéries ("algues bleues") potentiellement toxiques.

Trois niveaux de danger ont été définis :

Niveau 1 : 20.000 cellules de cyanobactéries par millilitre d'eau ou 10 microgrammes de chlorophylle a par litre d'eau (cyanobactéries prédominantes)

Risques pour la santé :
• à court terme : irritations de la peau, gastro-entérites probablement avec une faible fréquence

Actions recommandées :
• surveiller l'apparition d'efflorescence à la surface des plans d'eau ;
• limiter les baignades et estimer les risques ;
• mettre sur les sites des panneaux pour avertir des risques ;
• informer les autorités compétentes en matière de santé.

Niveau 2 : 100.000 cellules de cyanobactéries par millilitre d'eau ou 50 microgrammes de chlorophylle a par litre d'eau (cyanobactéries prédominantes)

Risques pour la santé :  
• à long terme : développement de maladies (avec certaines espèces de cyanobactéries) ;
• à court terme : irritations de la peau, gastro-entérites.

Actions recommandées :
• surveiller l'apparition d'efflorescence à la surface des plans d'eau ;
• limiter les baignades et estimer les risques ;
• mettre sur les sites des panneaux pour avertir des risques ;
• informer les autorités compétentes en matière de santé.

Niveau 3 : Formation d'une couche mousseuse colorée due à une prolifération de cyanobactéries à la surface des plans d'eau et/ou forte coloration de l'eau (plus de 50 microgrammes de chlorophylle a par litre d'eau ; cyanobactéries prédominantes)

Risques pour la santé : empoisonnement aigu, voire mortalité ;
• à long terme : développement de maladies (avec certaines espèces de cyanobactéries) ;
• à court terme : irritations de la peau, gastro-entérites.

Actions recommandées :
• agir immédiatement pour éviter tout contact avec l'eau polluée ; éventuellement interdire
• baignades et autres activités conduisant à un contact avec l'eau du site ;
• informer les autorités compétentes en matière de santé ;
• mise en place d'une surveillance du site par le service de santé publique.

Les procédés conventionnels de traitement de l’eau, comme la coagulation, la floculation par l’alun et la filtration sur sable, sont incapables de retenir les cyanotoxines (19). Quant à la chloration, des résultats divergents sont rapportés : certaines études font état de l’élimination des microcystines après une exposition de 30 minutes à 0,5 mg/L de chlore libre, alors que d’autres mettent en évidence des effets négligeables.

Les traitements qui se sont révélés très efficaces sont l’utilisation du charbon activé et l’ozonation. Le charbon actif en poudre à une concentration supérieure à 20-30 mg/L permettrait de réduire la concentration des microcystines de plus de 90 % alors qu’une concentration résiduelle de 0,1 mg/L d’ozone oxyderait plus de 99 % des toxines. Compte tenu de la présence de diverses matières organiques oxydables dans l’eau, il est préférable d’utiliser une concentration initiale d’ozone de 1 mg/l.

L’utilisation d’algicides pour détruire une fleur d’eau en amont d’une prise d’eau potable ou dans une zone récréative est à proscrire, compte tenu du fait que la lyse cellulaire entraîne la libération et la dispersion des toxines. On a notamment montré que la MC-LR passait d’une concentration non détectable à une concentration de 900 µg/L après l’application d’un algicide.

Détection de la présence des cyanobactéries : la présence de cyanobactéries toxiques a été signalée sur tous les continents. En Bretagne, la présence de Microcystis sp. est bien documentée dans plusieurs zones de loisirs et utilisées à des fins de potabilisation.