Fiche Résumé 09-AEP-10

peuvent s’accumuler dans le biofilm présent dans les réseaux de distribution d’eau potable,
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 caractérisation des biofilms d’eau potable par AFM (microscopie à force atomique) ainsi que sur la quantification du dépôt de virus sur la surface des matériaux avec ou sans biofilm.

Les biofilms ont en général un comportement visco-élastique, c’est-à-dire qu’ils possèdent à la fois une composante visqueuse (déformation irréversible) et une composante élastique qui est réversible. C’est cette particularité qui joue un rôle important dans la résistance du biofilm vis-à-vis des contraintes externes qu’elles soient mécaniques ou hydrodynamiques. Les résultats obtenus par AFM ont mis en évidence que :
- plus la force mécanique appliquée augmente, plus la surface du support recouverte par des amas diminue et plus le volume des amas diminue ;
- la force minimale nécessaire au détachement des gros amas est plus faible que celle qui est nécessaire pour enlever les petits amas de la surface du support ; les amas sont d’autant plus petits que la contrainte hydrodynamique imposée pendant la formation du biofilm est grande (gradient pariétal de vitesse);
- des “noyaux” bactériens persistent au sein des amas malgré l’application d’une très grande force ; ces “noyaux” pourraient correspondre au point d’encrage sur le support. Ce résultat permet de supposer que le nettoyage mécanique optimal ne suffit pas pour obtenir une surface propre à 100 % (donc le nettoyage hydrodynamique encore moins car moins performant du fait de son action unidirectionnelle) et qu’il faut envisager un nettoyage chimique en complément.

Les résultats obtenus avec les phages MS2, QB et GA dans le cadre de la quantification des dépôts de virus sur la surface des matériaux confirment que le phage MS2 adhère moins au support inox 316L que les deux autres phages quelles que soient les conditions d’expérimentation. Les différences d’hydrophobicité de ces trois phages pourraient expliquer leur capacité d’adhésion différente : les phages les plus hydrophobes (QB et GA) sont ceux qui adhèrent le plus sur l’inox 316L. Les résultats ont montré par ailleurs que :
- en condition statique et sans biofilm, les particules virales adhèrent efficacement et rapidement avec des valeurs maximales après deux heures d’expérimentation (puis un état pseudo-stationnaire s’installe). L’adhésion est régie par des mécanismes de diffusion brownienne ;
- en condition dynamique et sans biofilm, les particules virales seraient dans un premier temps soumises à une diffusion brownienne très rapide (de l’ordre de l’heure) puis dans un second temps à un transfert convectif qui assure continuellement une forte concentration de virus près de la paroi. La linéarité de l’adhésion des virus au support en fonction du temps n’est pas retrouvée pour toutes les conditions d’expérimentations testées. Les coefficients du modèle devront donc être modifié ;
- en condition dynamique et avec biofilm, la présence d’un biofilm de 45 jours en régime laminaire (disque rotatif) semble avoir un impact limité sur l’adhésion virale. Par contre, en présence d’un biofilm plus vieux (4 mois) en régime turbulent (réacteur Propella), l’adhésion est doublée pour le phage MS2 et triplée pour le QB.