Fiche Résumé 10-AEP-08

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) ; sur la détermination des caractéristiques de surface qui favorisent l'accumulation de ces virus (nature du support, présence de matières organiques et de biofilms bactériens) ; sur l'évaluation des forces hydrodynamiques, mécaniques et chimiques nécessaires pour détacher les biofilms bactériens ; sur la combinaison d'actions (hydrodynamiques et chimiques) permettant de fragiliser l'adhérence des biofilms bactériens et d'améliorer le nettoyage des surfaces et enfin sur 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 :
- l’étude des contraintes de détachement d’un biofilm jeune qui passe par l’étude des propriétés mécaniques des amas constituant le biofilm (viscoélasticité et adhésion),
- la modélisation du comportement mécanique et hydrodynamique du biofilm dans le but de prédire la contrainte hydrodynamique nécessaire à un nettoyage optimal.
Les outils utilisés sont la microscopie par force atomique (AFM) et la microscopie optique de fluorescence. Les mesures par AFM donnent des informations sur les forces mises en jeu lors du nettoyage mécanique et sur la valeur critique pour obtenir un arrachage maximum du biofilm. De ces données pourra alors être déterminée la valeur de la contrainte hydrodynamique minimale qu’il faudrait appliquer pour obtenir un résultat équivalent au nettoyage mécanique.

Les résultats montrent que :
- les biofilms sont constitués de structure en amas très hétérogènes,
- la contrainte mécanique à exercer pour éliminer le biofilm est faiblement influencée par l’âge du biofilm ou par le gradient pariétal de vitesse imposé pendant sa formation,
- cette contrainte mécanique dépend par contre fortement du volume des amas,
- il n’existe donc pas dans le biofilm une contrainte de détachement unique mais un ensemble de contraintes qui dépendent de la taille des amas qui constituent le biofilm,
- contrainte mécanique à appliquer : entre 2 et 50 kPa pour des amas de moins de 1000 µm3 ; entre 50 et 100 kPa pour un nettoyage optimal,
- contrainte hydrodynamique à appliquer : 5 Pa pour les amas les plus volumineux ; au delà de cette valeur, les petits et très petits amas non détachés s’étalent et résistent au détachement ; 5 Pa est donc considéré comme une valeur critique de contrainte hydrodynamique,
- la modélisation du comportement mécanique et hydrodynamique du biofilm permet d’identifier les amas susceptibles d’être décrochés par un nettoyage hydrodynamique.