Réduction des concentrations intérieures et de la dispersion dans l’environnement des poussières, des gaz et des agents pathogènes nuisibles à l’humain aéroportés

Aperçu du projet

L’axe d’intervention prioritaire sur les environnements destinés aux animaux, qui comprend deux projets distincts, a pour objectifs de déterminer les concentrations de contaminants aéroportés entrant et sortant des bâtiments et des équipements destinés à la production porcine (incluant les porcheries et les remorques pour le transport des porcs), et de réduire ces concentrations par l’entremise de systèmes efficaces de filtration de l’air. Le but ultime de cet axe d’intervention prioritaire consiste à favoriser les retombées positives sur la santé et l’économie dans l’industrie de l’élevage d’animaux en testant des moyens de contrôler les contaminants aéroportés, incluant les agents pathogènes et les bioaérosols.

L’un de ces deux projets a pour nom Projet sur la qualité de l’air dans les bâtiments porcins canadiens : réduction des concentrations intérieures et de la dispersion dans l’environnement des poussières, des gaz et des agents pathogènes nuisibles à l’humain aéroportés. Ce projet vise à caractériser les agents pathogènes et les bioaérosols présents dans les installations destinées à la production porcine, et à optimiser leur contrôle ou leur élimination.

Ce projet implique une équipe nationale de chercheurs, d’analystes et d’experts en application des connaissances provenant de l’Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA; Québec, Québec), du Centre de recherche de l’Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec de l’Université Laval (CRIUCPQ; Québec, Québec), de même que du Centre canadien de santé et sécurité en milieu agricole (CCSSMA; Saskatoon, Saskatchewan) et de l’Association canadienne de sécurité agricole (ACSA; Winnipeg, Manitoba).

À l’instar des autres projets du Programme en agrisécurité, l’application des connaissances et la diffusion des résultats de recherche s’effectueront en collaboration avec le CCSSMA, dans le cadre du volet du Programme en agrisécurité consacré à l’application des connaissances. Veuillez consulter les onglets « Mises à jour sur le projet » et « Réalisation dans le cadre du projet » pour obtenir plus d’information sur les activités en cours et sur le matériel visant l’application des connaissances issues de ce projet.

Justification scientifique

Le Conseil canadien du porc rapporte la présence de 7 125 porcheries au Canada, dont 1 890 dans la province de Québec (CCP, s. d. ). Il y a approximativement 10 000 producteurs porcins au Québec (MCE Conseils, 2014), et conséquemment, des milliers de travailleurs se trouvent exposés à d’importantes concentrations de substances odorantes, de gaz et de bioaérosols, ces derniers étant, par exemple, des bactéries mortes ou vivantes ou des fragments de microorganismes (Clark et coll., 1983; Cormier et coll., 1990, 2000; Donham et coll., 1986, 1989; Duchaine et coll., 2000; Létourneau et coll., 2010a). Ces substances odorantes, gaz et bioaérosols peuvent provenir de différentes sources : aliments pour animaux, litière, matériaux de construction, animaux et fumier. Comme l’ont démontré de précédentes études, le fumier est la principale source de bioaérosols (Nehmé et coll., 2008; Pickrell et coll., 1993), et peut contenir des agents pathogènes nuisibles à l’humain (D’Allaire et coll., 1999). Certains de ces agents pathogènes se retrouvent à l’état d’aérosols et peuvent ainsi coloniser le rhinopharynx des producteurs porcins (Létourneau et coll., 2010b). Qui plus est, puisque les porcs absorbent des doses sous-thérapeutiques de métaux  et d’antibiotiques destinés à stimuler leur croissance, ceux-ci rejettent des bactéries résistantes à ces substances qui peuvent elles aussi être retrouvées sous forme d’aérosols (Létourneau et coll., 2010b; Masclaux et coll., 2013). En étant exposés à l’air des porcheries, les producteurs porcins peuvent contracter des maladies contagieuses (Keessen et coll., 2013; Poggenborg et coll., 2008), et développer différents problèmes  respiratoires, incluant un déclin de la fonction pulmonaire, une respiration sifflante, la bronchite chronique et l’asthme (Cormier et coll., 1991; Donham et coll., 1984; Iversen et coll., 2000). L’ampleur des symptômes reliés à ces problèmes de santé est corrélée au nombre d’heures passées à travailler dans les porcheries (Radon et coll., 2001. Enfin, les rejets d’air vicié des porcheries émettent des quantités substantielles de contaminants aéroportés dans l’environnement, ce qui laisse planer un risque sur les producteurs et leur famille, de même que sur les communautés rurales.  

Au fil des années, différentes stratégies se sont succédé afin de réduire les concentrations de contaminants aéroportés dans les bâtiments et leurs rejets d’air vicié : utilisation d’additifs tels que l’huile de soya dans les aliments pour animaux (Mankell et coll., 1995; Welford et coll., 1992), nettoyage des surfaces, pulvérisation atmosphérique de mélanges à base d’huile ou de savon (Takai et coll., 1993; Zang et coll., 1994), emploi de dépoussiéreurs électrostatiques, séparation des phases liquide et solide du fumier (Létourneau et coll., 2010a), et filtration des rejets d’air vicié à l’aide d’épurateurs chimiques, de biolaveurs ou de biofiltres (par ex. : filtres biopercolateurs).

La revue de littérature que nous avons réalisée nous a permis de relever d’importantes lacunes sur le plan de la recherche qui doivent être comblées : 1) Il est nécessaire de compléter la caractérisation des bioaérosols générés par les porcheries canadiennes. Par exemple, il n’existe aucune donnée sur la présence des principaux agents pathogènes nuisibles à l’humain ou des principaux gènes de résistance aux métaux ou aux antibiotiques (ex. : Clostridium difficile, Mycobacterium avium, Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, Salmonella spp., Listeria monocytogenes, et gènes de résistance au zinc et aux céphalosporines de troisième génération). 2) Il n’existe aucune étude permettant d’établir la capacité à réduire les quantités de bioaérosols (tels que les bactéries, les endotoxines et les agents pathogènes nuisibles à l’humain) des différentes stratégies conçues pour réduire les quantités de substances odorantes et de gaz, qu’elles soient utilisées séparément ou de manière jumelée. 

Buts du projet

  1. Caractériser les agents pathogènes aéroportés nuisibles à l’humain de même que les gènes de résistance aux métaux et aux antibiotiques retrouvés dans les bâtiments et la flore rhinopharyngienne des producteurs porcins.
  2. Corréler la présence d’agents pathogènes aéroportés nuisibles à l’humain et de gènes de résistance aux métaux et aux antibiotiques à celle des contaminants (par ex., poussières, bactéries et endotoxines totales) habituellement retrouvés dans l’air à l’intérieur des porcheries.
  3. Optimiser les stratégies existantes permettant de réduire les quantités de substances odorantes, de gaz et de bioaérosols (pulvérisation d’huile, séparation des phases liquide et solide du fumier, traitement des rejets d’air vicié à l’aide de filtres biopercolateurs).
  4. Déterminer, à l’aide d’expériences en laboratoire, l’impact des stratégies optimisées sur les bioaérosols (par ex., poussières, bactéries, endotoxines et agents pathogènes nuisibles à l’humain totaux).
  5. Déterminer, à l’aide d’expériences en laboratoire et à l’étape précommerciale, la meilleure combinaison de stratégies, et quantifier ses effets synergiques sur les substances odorantes, les gaz et les bioaérosols.
  6. Valider, dans une porcherie commerciale, l’efficacité des stratégies visant à réduire les concentrations de substances odorantes, de gaz et de bioaérosols.

Pour plus d’information sur ce projet, veuillez communiquer avec Mme Nadia Smith, coordonnatrice du programme, par téléphone au 306 966-1648, ou par courriel à nadia.smith@usask.ca.

Références

Clark, S., Rylander, R., et Larsson, L. 1983. « Airborne bacteria, endotoxin and fungi in dust in poultry and swine confinement buildings ». Am Ind Hyg Assoc J, 44 : 537-541.

Conseil canadien du porc (CCP) : http://www.cpc-ccp.com/statistics-farms-e.php. Dernier accès : 1er juin 2014.

Cormier, Y., Tremblay, G., Mériaux, A., Brochu, G., et Lavoie, J. 1990. « Airborne microbial contents in two types of swine confinement buildings in Quebec ». Am Ind Hyg Assoc J, 51 : 304-309.

Cormier, Y., Boulet, L. P., Bédard, G., et Tremblay, G. 1991. « Respiratory health of workers exposed to swine confinement buildings only or to both swine confinement buildings and dairy barns ». Scand J Work Environ Health, 17 : 269-275.

Cormier, Y., Israël-Assayag, É., Racine, G., et Duchaine, C. 2000. « Farming practices and the respiratory health risks of swine confinement buildings ». Eur Respir J, 15 : 560-565.

D’Allaire, S., Goulet, L., Brodeur, J., et Roch, G. 1999. « Literature review on the impacts of hog production on public health ». In Symposium of the Hog Environmental Management Strategy (HEMS). Ottawa : Conseil canadien du porc et Agriculture et Agroalimentaire Canada. p. 59-62.

Donham, K. J., Zavala, D. C., et Merchant, J. A. 1984. « Respiratory symptoms and lung function among workers in swine confinement buildings: a cross-sectional epidemiological study ». Arch Environ Health, 39 : 96-101.

Donham, K. J., Popendorf, W., Palmgren, U., et Larsson, L. 1986. « Characterization of dusts collected from swine confinement buildings ». Am J Ind Med, 10 : 294-297.

Donham, K., Haglind, P., Peterson, Y., Rylander, R., et Belin, L. 1989. « Environmental and health studies of farm workers in Swedish swine confinement buildings ». Br J Ind Med, 46 : 31-37.

Duchaine, C., Grimard, Y., et Cormier, Y. 2000. « Influence of building maintenance, environmental factors, and seasons on airborne contaminants of swine confinement buildings ». Am Ind Hyg Assoc J, 61 : 56-63.

Iversen, M., Kirychuk, S., Drost, H., et Jacobson, L. 2000. « Human health effects of dust exposure in animal confinement buildings ». J Agric Saf Health, : 283-288.

Keessen, E. C., Harmanus, C., Dohmen, W., Kuijper, E. J., et Lipman, L. J. 2013. « Clostridium difficile infection associated with pig farms ». Emerg Infect Dis, 19 : 1032-1034.

Létourneau, V., Nehmé, B., Mériaux, A., Massé, D., et Duchaine, C. 2010a. « Impact of production systems on swine confinement buildings bioaerosols ». J Occup Environ Hyg, : 94-102.

Létourneau, V., Nehmé, B., Mériaux, A., Massé, D., Cormier, Y., et Duchaine, C. 2010b. « Human pathogens and tetracycline-resistant bacteria in bioaerosols of swine confinement buildings and in nasal flora of hog producers ». Int J Hyg Environ Health, 213 : 444-449.

Mankell, K. O., Janni, K. A., Walker, R. D., Wilson, M. E., Pettigrew, J. E., Jacobson, L. D., et Wilcke, W. F. 1995. « Dust suppression in swine feed using soybean oil ». J Anim Sci, 73 : 981-985.

Masclaux, F. G., Sakwinska, O., Charrière, N., Semaani, E., et Oppliger, A. 2013. « Concentration of airborne Staphylococcus aureus (MRSA and MSSA), total bacteria, and endotoxins in pig farms ». Ann Occup Hyg, 57 : 550-557.

MCE conseils. 2014. Impact économique de la filière porcine.

Nehmé, B., Létourneau, V., Forster, R. J., Veillette, M., et Duchaine, C. 2008. « Culture-independent approach of the bacterial bioaerosol diversity in the standard swine confinement buildings, and assessment of the seasonal effect ». Environ Microbiol, 10 : 665-675.

Pickrell, J. A., Heber, A. J., Murphy, J. P., Henry, S. C., May, M. M., Nolan, D., et coll. 1993. « Characterization of particles, ammonia and endotoxin in swine confinement operations ». Vet Hum Toxicol, 35 : 421-428.

Poggenborg, R., Gaini, S., Kjaeldgaard, P., et Christensen, J. J. 2008. « Streptococcus suis: meningitis, spondylodiscitis and bacteraemia with a serotype 14 strain ». Scand J Infect Dis, 40 : 346-349.

Radon, K., Danuser, B., Iversen, M., Jörres, R., Monso, E, Opravil, U., Weber, C., Donham, K. J., et Nowak, D. 2001. « Respiratory symptoms in European animal farmers ». Eur Respir J, 17 : 747-754.

Takai, H., Møller, F., Iversen, M., Jorsal, S. E., et Bille-Hansen, V. 1993. « Dust control in swine buildings by spraying of rapeseed oil ». In Livestock Environment IV: Fourth International Symposium (Coventry, Royaume-Uni, 6-9 juillet). p. 726-733. St. Joseph (MI, États-Unis) : American Society of Agricultural Engineers.

Welford, R. A., Feddes, J. J. R., et Barber, E. M. 1992. « Pig buildings dustiness as affected by canola oil in the feed ». Can Agr Eng, 34 : 365-373.

Zhang, Y., Nijssen, L., Barber, E. M., Feddes, J. J. R., et Sheridan, M. 1994. « Sprinkling mineral oil to reduce dust in pig buildings ». ASHRAE Trans, 100 : 1043-1052.

Mise à jour pour l’Année 1 (2014-2015)

Au cours de la première année du projet, les deux activités suivantes ont été réalisées :

  1. Recrutement des producteurs porcins et sélection des bâtiments porcins.

        2. Mise au point des protocoles d’amplification en chaîne par polymérase (ACP) pour déterminer la présence de certains agents pathogènes nuisibles à l’humain et de gènes de résistance à certains antibiotiques et métaux d’importance clinique.

Au début du projet, un comité de suivi a été créé afin de s’assurer que les objectifs et le protocole du projet répondent aux besoins de l’industrie porcine. Le comité est constitué de producteurs porcins, de membres d’associations agricoles ainsi que de représentants d’autres groupes d’intérêts. Lors d’une première rencontre, le comité de suivi a été consulté afin d’établir les critères pour le recrutement des producteurs porcins et la sélection des bâtiments porcins.

Voici les critères de sélection qui ont été retenus :

  • les bâtiments porcins doivent être représentatifs de ceux retrouvés au sein des industries porcines canadienne et québécoise;
  • les caractéristiques des bâtiments porcins doivent être aussi uniformes que possible;
  • les bâtiments porcins doivent être destinés à l’engraissement des porcs et posséder un plancher entièrement latté;
  • les bâtiments porcins doivent héberger entre 1 200 et 1 600 porcs, et être dotés d’un système de ventilation mécanisée traditionnel;
  • les sites doivent être exempts de toute maladie;
  • les producteurs porcins doivent être non-fumeurs et travailler exclusivement dans des bâtiments destinés à l’engraissement des porcs;
  • le temps que les producteurs porcins passent dans les bâtiments porcins doit être scrupuleusement consigné.

Afin d’encourager les producteurs porcins à prendre part au projet, le comité de suivi a suggéré d’offrir une petite compensation financière aux participants, et de faire approuver les mesures de biosécurité et les protocoles d’échantillonnage par un vétérinaire. Par ailleurs, des associations de producteurs ou d’intégrateurs porcins seront sollicitées afin d’accélérer le processus de recrutement.

En ce qui concerne la mise au point des protocoles ACP, une revue de la littérature a d’abord été effectuée afin de confirmer notre sélection d’agents pathogènes nuisibles à l’humain (espèces et sous-espèces) et de gènes de résistance aux antibiotiques et aux métaux d’importance clinique. La liste initiale d’agents pathogènes aéroportés nuisibles à l’humain a été bonifiée par l’ajout d’autres microorganismes pertinents. À partir de la revue de la littérature, des gènes précis ont été choisis pour déterminer la présence de microorganismes résistants au zinc et à la céphalosporine de troisième génération dans l’air des bâtiments porcins canadiens. Finalement, des courbes d’étalonnage destinées aux protocoles ACP ont été créées (construction de plasmides).

Mise à jour pour l’Année 2 (2015-2016)

Au cours de la deuxième année du projet, l’équipe de recherche a accompli deux étapes importantes :

  1. Des outils microbiologiques adaptés à nos besoins ont été mis au point pour déterminer la présence d’agents pathogènes nuisibles à l’humain et de gènes de résistance aux antibiotiques et aux métaux dans l’air des bâtiments porcins et la flore nasopharyngienne des producteurs porcins. Ces outils seront employés par l’équipe de recherche pour déterminer la présence de plusieurs agents pathogènes importants (Clostridium difficile, Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Mycobacterium avium, Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline) et de gènes de résistance au zinc et à la céphalosporine de troisième génération.
  2. Un système à échelle réduite a été installé au laboratoire du bilan agroenvironnemental des bâtiments d’élevage (BABE) pour tester différentes combinaisons de quatre techniques permettant de réduire la présence d’odeurs, de gaz, de poussières et d’aérosols dans les bâtiments porcins. Les différentes techniques ont été optimisées afin de résoudre certains problèmes de fonctionnement et d’améliorer leur performance. Les installations uniques du laboratoire du BABE sont actuellement utilisées pour tester toutes les combinaisons possibles de ces techniques afin de déterminer la configuration optimale pour un emploi dans les bâtiments porcins commerciaux.

Un nouveau bulletin d’application des connaissances portant sur ce projet et intitulé Techniques permettant de contrôler les substances odorantes, les gaz et les bioaérosols dans les porcheries (16-03-012) a été publié. Il peut être consulté sous l’onglet « Matériel produit».

Mise à jour pour l’Année 3 (2016-2017)

Les résultats préliminaires obtenus à partir d’échantillons d’air prélevés dans différents bâtiments porcins ont révélé qu’au moins un de ceux-ci recélait la présence de tous les agents pathogènes et les gènes de résistance ciblés par l’équipe de recherche. De leur côté, les tests menés en laboratoire afin d’évaluer l’efficacité des techniques permettant de réduire les concentrations de contaminants ont établi qu’il était nécessaire d’utiliser simultanément les trois techniques afin de protéger adéquatement la santé des travailleurs et de limiter les rejets atmosphériques dans l’environnement.

Lorsque l’ensemble des résultats du projet seront connus, il sera possible de déterminer le risque d’exposition des producteurs et des travailleurs porcins aux agents pathogènes nuisibles aux humains, de même qu’aux microorganismes résistants aux métaux et aux antibiotiques. Il sera également possible de proposer une stratégie efficace pour réduire la concentration de contaminants aéroportés dans les bâtiments porcins, ce qui permettra d’améliorer la qualité de l’air et la santé des travailleurs.

Le principal objectif complété au cours de l’Année a été l’Objectif 3 : les tests finaux menés au laboratoire du bilan agroenvironnemental des bâtiments d’élevage (BABE) ont permis d’évaluer les effets des trois techniques de purification de l’air utilisées individuellement et de manière concomitante. Une analyse détaillée des résultats se rapportant à l’élimination des odeurs, des gaz, des poussières et des bioaérosols a été effectuée afin de déterminer quelle est la combinaison la plus efficace de ces techniques.

Les résultats des travaux menés dans le cadre de l’Objectif 3 ont été analysés afin de déterminer la meilleure combinaison de techniques de purification de l’air; cette dernière fera l’objet de tests à l’échelle commerciale dans le cadre de l’Objectif 4. Les trois techniques testées ont été sélectionnées pour être mises en œuvre dans le cadre de l’Objectif 4. Le dispositif de biofiltration et le système de pulvérisation d’huile peuvent être facilement ajoutés à n’importe quel bâtiment existant. Par contre, le grattoir en V servant à la séparation du fumier doit être installé sous le plancher à caillebotis, et il n’est pas possible d’installer l’équipement nécessaire dans le cadre de ce projet. En conséquence, un bâtiment existant doit déjà être équipé du grattoir en V afin de tester ce dernier. Cette technique a été sélectionnée pour la séparation du fumier, car elle a déjà été utilisée par quelques porcheries au Québec. Cependant, des recherches préliminaires ont montré qu’il était difficile de trouver un bâtiment encore équipé d’un grattoir en V. La ferme de l’IRDA située à Deschambault possède deux salles destinées aux porcs qui pourraient être adaptées pour les fins de l’Objectif 4 du projet. Cela nécessiterait de modifier le cadre de ce dernier objectif qui initialement, devait s’appliquer à une porcherie commerciale, mais les salles de la ferme de l’IRDA sont représentatives d’installations commerciales, et il serait possible d’y tester la séparation du fumier.

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