Fiche Résumé 10-AEP-06

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.

Préalablement aux premiers essais, deux analyses bibliographiques ont été réalisées : l’une sur la caractérisation des biofilms en réseau d’eau potable et l’autre sur l’accumulation de virus dans les biofilms. Une troisième analyse bibliographique, objet de ce rapport, a été menée sur le nettoyage des surfaces et l’élimination des biofilms en réseau de distribution. Cette analyse comporte deux parties, l’une sur les contraintes et l’autre sur les limites.

Les contraintes
La connaissance des contraintes à imposer pour le détachement du biofilm passe par la connaissance des propriétés mécaniques de ce biofilm, le tout étant nécessaire pour définir une stratégie de nettoyage des réseaux. Différentes techniques décrites dans la littérature pour la mesure de la force de cohésion du biofilm ont donc été passées en revue. Elles concernent les liaisons “bactéries-paroi” ou “bactéries-biofilm” (AFM) ou encore les liaisons “résidus de biofilm-biofilm” (microlevier), mais les plus adéquates pour l’objectif de ce programme sont celles qui mesurent les liaisons “biofilm-paroi” (centrifugation, hydrodynamique directe ou hydrodynamique par micromanipulation). Les valeurs de contrainte critique données dans la littérature pour le détachement du biofilm peuvent être reproduite par le réacteur à disque tournant afin d’établir une corrélation entre les valeurs de la contrainte appliquée et les variations du biofilm par rapport à son état initial mais aussi afin d’évaluer l’évolution de cette corrélation.

Les limites
Le nettoyage traditionnel des grands réseaux de distribution combine généralement des effets mécaniques (bouchons racleurs, eau sous pression...) et des effets chimiques (oxydants dans la plupart des cas). D’autres stratégies beaucoup plus expérimentales ont aussi été évaluées surtout pour le nettoyage de biofilms modèles et de surfaces contaminées dans les milieux agro-alimentaires (sols, plans de travail, tuyaux en inox...). Les produits alors testés sont des détergents, des enzymes, des phages et des métabolites anti-biofilm.

L’analyse des données expérimentales fournies par les rares publications portant sur le nettoyage des réseaux de distribution indique que les tensioactifs ioniques ou non ioniques sont des agents pouvant être utilisés car ils ont une action détergente non négligeable qui permet la désorption de virus, de biofilm bactérien ou encore de protéines. Parmi ces surfactants, il semblerait que ceux d’origine bactérienne (biosurfactant) aient une action détergente supérieure à celle des tensioactifs d’origine chimique.

Cependant, malgré leur efficacité apparente, les détergents seuls ne permettent à chaque fois qu’un nettoyage partiel de la surface et même la “salissent” en se fixant dessus. Il apparaît donc nécessaire de combiner l’action du tensioactif non seulement à une action mécanique (hydrodynamique turbulente) mais aussi à un autre détergent, par exemple une enzyme, qui aurait une action synergique. Cette enzyme induirait une fragilisation du biofilm qui faciliterait la pénétration du tensioactif à l’intérieur et favoriserait l’arrachage par force hydraulique. Il serait intéressant d’étudier le mécanisme d’action réel du tensioactif afin de déterminer quelle molécule pourrait lui être judicieusement associée pour optimiser l’efficacité du nettoyage et tendre vers un nettoyage total.

Les oxydants traditionnels utilisés comme désinfectants agissent aussi comme nettoyants mais cette dernière fonction n’est que très peu documentée et les mécanismes contrôlant la désorption d’une partie de la matière organique accumulée sur les parois des réseaux ne sont pas identifiés à ce jour.