Fiche Résumé 05-AEP-16

Les dépôts organo-minéraux observés sur la paroi des réseaux d'eau potable (biofilm) représentent une salissure de quelques dizaines de microgrammes de matière organique par cm2 et de moins de 107 cellules bactériennes/cm2. La structure et l'activité de ces biofilms sont mal connues d'autant que les réseaux de distribution d'eau fonctionnent rarement en conditions stationnaires. En effet, en fonction de nombreux paramètres (qualité d'eau de la ressource, taux de chlore appliqué, interventions techniques, variation de la demande journalière…), l'état de pseudo-équilibre du réseau se trouve constamment rompu par des discontinuités tant hydraulique que biologique ou physico-chimique. Or, les travaux cités dans la littérature ne décrivent pas ces discontinuités car ils sont réalisés dans des conditions de régime hydraulique stable, de vitesse de circulation d’eau constante et avec des séquences de type “tout ou rien” dans les doses de chlore appliquées.

Influence du régime hydraulique
L’action 1 du projet Biofilm consiste à déterminer l’influence du régime hydraulique sur le biofilm en réseau d’eau potable. Une telle étude passe d’abord par la compréhension de l’évolution du biofilm dans les conditions hydrodynamiques stables et connues. Puis il est important de comprendre comment le biofilm se comporte face à des modifications du régime hydraulique ce qui permettra de mieux contrôler sa prolifération ainsi que son arrachage.

Cette phase VII-4 du programme de recherche rend compte des résultats obtenus lors du suivi de la formation de biofilm en chambre d’écoulement (un des quatre réacteurs étudiés), sous quatre gradients de vitesse différents. Quatre phases de formation ont été mises en évidence :
- Dans un premier temps (400 à 500 premières heures), la population bactérienne fixée augmente rapidement ; plus le gradient de vitesse appliqué est élevé, plus le dépôt est rapide. La taille des bactéries diminue dans le temps et leur structure s’allonge.
- Dans un deuxième temps, lorsque la population bactérienne atteint un seuil (7.106 bactéries/cm2 dans le cas de cette étude), le biofilm entre dans une phase de plateau en terme de nombre de microorganismes déposés. Au cours de cette phase, la structure du biofilm évolue d’un biofilm constitué essentiellement de bactéries isolées vers un biofilm constitué d’agrégats.
- Dans un troisième temps, la population fixée diminue fortement (entre 47 et 77 %, prédation par les amibes touchant préférentiellement les bactéries de petite taille) jusqu’à atteindre un nouvel équilibre (après environ 800 h quel que soit le gradient de vitesse appliqué).
- Enfin, dans un quatrième temps, la relation proies-prédateurs penche en faveur des bactéries et la population bactérienne augmente lentement et de façon indépendante au gradient de vitesse. Ainsi, au terme de l’expérience (50 jours), il s’avère que les gradients de vitesse n’influent pratiquement pas sur la densité bactérienne mais agissent plutôt sur la structure du biofilm : les agrégats sont plus cohésifs avec les plus forts gradients de vitesse.

La phase VII-4 du programme de recherche rend compte aussi des résultats sur la formation de biofilm en réacteur de Couette-Poiseuille avec des observations complémentaires en microscopie confocale. Une nouvelle stucture d’agrégats dit “en cheminée” a été mise en évidence. Ce type d’agrégat, allongé dans le sens de l’écoulement et fixé par une extrémité, peut mesurer jusqu’à 250 µm de longueur pour un diamètre de 10 à 30 µm. Ces structures, bien que peu nombreuses (2 à 10 par cm2), peuvent représenter une part non négligeable de la biomasse fixée (jusqu’à 106 bactéries).

Influence de chlorations discontinues
L’action 2 du projet Biofilm consiste à déterminer l’influence de chorations discontinues (eau de Javel) sur l’eau et le biofilm en réseau d’eau potable selon une séquence de dose de chlore faible (0,1 mg/L)/forte (0,4 mg/L)/faible (0,1 mg/L) et forte/faible/forte (les travaux publiés jusqu’alors ne décrivant que des discontinuités de type “tout ou rien”).

Cette phase VII-4 du programme de recherche a permis de tester plusieurs concentrations en chlore libre résiduel sur les différentes boucles du pilote du NANC.I.E. (de 0,1 à 0,4 mg Cl2/L et de 0,4 à 0,1 mg Cl2/L). Les caractéristiques physico-chimiques de l’eau et du biofilm ont été suivies (les résultats concernant les caractéristiques microbiologiques sont en cours d’obtention). Les résultats montrent que le pH, la température et la conductivité ne sont pas sensibles aux variations de concentrations en chlore. Par contre, la turbidité présente des pics transitoires notables lors de la mise en route brutale des chlorations. Ces pics sont liés à la présence de particules de fer dans l’eau pouvant provenir de petits tronçons en fonte nue situés dans les coudes des canalisations du pilote. En effet, ces tronçons présentent un aspect très corrodé. Enfin, les résultats montrent qu’une partie du chlore est consommé dans le pilote : de 0,76 à 1,1 mg/L lorsque le chlore libre résiduel appliqué est de 0,1 mg/L et de 0,83 à 1,54 mg/L lorsque le chlore libre résiduel appliqué est de 0,4 mg/L.