Fiche Résumé 10-AEP-07

Si les virus entériques pathogènes pour l'homme ne se multiplient pas dans l'environnement hydrique, ils sont par contre capables d'adhérer sur les parois des réseaux de distribution d'eau potable, de s'accumuler au niveau des biofilms formés sur les parois et d'être relargués de façon discontinue dans l'eau circulante. Les biofilms représentent donc un réservoir de micro-organismes qui peuvent constamment contaminer l'eau distribuée.

En conséquence, contrôler la qualité microbiologique de l'eau impose de contrôler l'accumulation de dépôts et de biofilms sur les parois des réseaux de distribution et des réservoirs d'eau potable et de nettoyer les surfaces contaminées. Mais le nettoyage efficace des surfaces des canalisations est limité à la fois par leur difficulté d'accès et par l'absence de caractérisation physico-chimique et mécanique des biofilms adhérant aux surfaces. Il est par conséquent quasi-impossible d'optimiser objectivement les protocoles de nettoyage pour éliminer les biomasses fixées et les pathogènes associés.

L'objectif du programme vise à définir un protocole pour nettoyer les surfaces des canalisations salies par les micro-organismes (bactéries formant un biofilm, virus piégés dans le biofilm ou adhérant sur des surfaces non colonisées). Les différentes parties étudiées portent sur la mise au point de modèles d'accumulation des virus en réseau de distribution et sur les biofilms (combien et comment) ; la détermination des caractéristiques de surface qui favorisent l'accumulation de ces virus (nature du support, présence de matières organiques et de biofilms bactériens) ; l'évaluation des forces hydrodynamiques, mécaniques et chimiques nécessaires pour détacher les biofilms bactériens ; la combinaison d'actions (hydrodynamiques et chimiques) permettant de fragiliser l'adhérence des biofilms bactériens et d'améliorer le nettoyage des surfaces ; la persistance des virus (survie, intégrité, maintien de l'infectiosité) fixés sur les parois ou les biofilms qui ont subit un nettoyage.

Les essais sont réalisés sur des biofilms multi-espèces qui ont été formés sur des matériaux (PEHD et inox) en contact avec l'eau du réseau dopée à l'aide de modèles viraux (phages ARN-Fspécifiques : MS2, GA et QB). Le réacteur utilisé est le disque tournant car il permet de simuler, en fonction de la distance par rapport à l’axe, différentes conditions hydrodynamiques et contraintes de cisaillement à la surface des matériaux.

Les résultats, décrits dans ce rapport intermédiaire, portent sur la quantification par RT-PCR en temps réel (Polymerase Chain Reaction) du dépôt de virus sur des surfaces inox et PEHD colonisées ou non par un biofilm de 60 jours (essais réalisés dans des réacteurs à disque tournant avec l’eau du réseau de la Communauté Urbaine du Grand Nancy).

Ces résultats montrent que :
- la viabilité des bactéries retrouvées à la surface est très élevée (98 % des cellules ont une membrane intègre),
- le nombre de bactéries fixées ne diffère pas significativement en fonction du gradient pariétal de vitesse,
- l’adhésion augmente de façon quasi-linéaire avec le temps,
- l’adhésion de MS2 et GA n’est pas modifiée par le type de matériau utilisé mais celle de QB est doublée sur PEHD,
- la présence de biofilm n’influence pas l’adhésion de MS2 et GA mais diminue significativement l’adhésion de QB aussi bien sur l’inox que sur le PEHD (facteur 10).
- les résultats obtenus lors des essais décrits dans le rapport intermédiaire précédent (n°3) n’ont pas tous été confirmé : l’adhésion du phage QB sur des surfaces dépourvues de biofilm est beaucoup plus importante que celle trouvée précédemment. Des expérimentations complémentaires sont nécessaires pour confirmer cette observation.

La modélisation des résultats obtenus (modèle de transfert convectif) permet de calculer un coefficient d’affinité pour chaque virus en fonction de la nature de la paroi qu’il rencontre. En prenant un coefficient de diffusion constant, l’affinité peut être hiérarchisée ainsi :
- QB > GA > MS2 pour l’inox et le PEHD sans biofilm et pour l’inox avec biofilm
- GA > QB> MS2 pour le PEHD avec biofilm.

Des tests ont également été menés pour vérifier si les différences d’hydrophobicité et de charge de surface des trois phages étudiés suffisent à expliquer les capacités d’adhésion différentes observées sur support abiotique (MS2 adhère moins au support inox 316L sans biofilm que les deux autres phages quelles que soient les conditions d’expérimentation et QB adhère plus). Les conclusions montrent que l’adhésion des phages sur des supports abiotiques ne peut être expliquée par les seules règles de charge et d’hydrophobicité. En effet, sur des critères de charges, le phage MS2 devrait adhérer au moins autant sinon plus que les deux autres phages et sur des critères d’hydrophobicité, c’est le phage GA (le plus hydrophobe) qui devrait adhérer le plus.

Les essais se poursuivent afin d’étudier l’adhésion virale pour des gradients pariétaux de vitesse plus importants en présence ou non de biofilm et afin d’étudier le nettoyage des surfaces par l’application de contraintes hydrodynamiques combinées ou non à des prétraitements oxydants.