Fiche Résumé 12-AEP-08

Le concept multi-barrière appliqué sur les filières de production d'eau potable est un concept de sécurisation de la désinfection. Ainsi, les ultraviolets (UV) peuvent être utilisés dans ce cadre pour améliorer l'élimination des micro-organismes en cas de pics de contamination de la ressource et/ou en cas de défaillance du système de filtration sur sable qui est dans certains cas (Cryptosporidium) la seule barrière efficace. Plusieurs études ont déjà été réalisées montant l’efficacité des UV sur l'abattement des parasites (Cryptosporidium et Giardia). Par contre, aucune donnée n'est disponible au niveau de l'abattement des virus par les UV moyenne pression (UV-MP).

Les rayonnements UV sont des ondes électromagnétiques de longueur d’onde comprise entre 100 et 400 nm. Leur pouvoir germicide dépend de la longueur d’onde émise. Ce sont les UV-C, compris entre 200 et 300 nm, qui sont les plus germicides. L’efficacité des rayons UV est fonction de la dose absorbée par les micro-organismes. Cette dose correspond au produit de l’intensité UV par le temps d’exposition des germes aux rayonnements. Les UV stoppent la duplication de l’ADN. Les organismes pathogènes sont donc inactivés ou détruits.

La source d’émission UV utilisée en désinfection est la lampe à vapeur de mercure. Il s’agit de lampes à arc électrique qui provoque l’excitation des atomes de mercure, puis l’émission de radiations par retour à leur état fondamental. Le spectre d’émission des lampes dépend de la pression de mercure dans les lampes. Les lampes à vapeur de mercure basse pression (UV-BP) émettent une lumière quasi-monochromatique à 254 nm, qui correspond à la bande optimale de l’effet germicide. Les lampes UV-MP émettent une plus forte intensité de décharge électrique et le spectre de dispersion de la lumière générée n’est pas limité à la zone germicide (rayonnement polychromatique) ; il s’étend jusque dans le visible. En pratique, l’énergie perdue par la production de chaleur est beaucoup plus grande pour les lampes moyenne pression que pour les lampes basse pression mais du fait de la très haute intensité de la décharge, moins de lampes sont requises pour fournir une dose donnée donc l’encombrement au sol est plus faible pour les UV-MP que pour les UV-BP. Les lampes à moyenne pression coûtent cependant beaucoup plus cher que celles à basse pression mais ont une durée de vie plus importante ; elles sont utilisées pour les gros débits à traiter.

L’objectif de ce projet est d’évaluer l’efficacité des UV-MP sur l’élimination des virus afin de renforcer la désinfection des filières de traitement des usines de Choisy-le-Roi et Neuilly-sur-Marne. Trois virus ont été étudiés : adénovirus, coxsackievirus et norovirus. Les phénomènes de réparation de ces virus, à la lumière et dans le noir, après traitement aux UV ont également été étudiés et une attention plus particulière a été portée sur adénovirus qui est très résistant aux UV. Treize filtres de coupure (coupure à 214, 220, 228, 232, 239, 248, 254, 260, 265, 270, 280, 289 et 297 nm) ont été utilisés pour isoler les régions spécifiques du rayonnement UV-MP et déterminer l’effet germicide de ces différentes régions. Par ailleurs, comme la formation de sous-produits indésirables sous l’effet d’un rayonnement de haute énergie aux longueurs d’onde inférieures à 240 nm est un problème connu qui a orienté les réglementations européennes relatives à la désinfection des eaux par rayonnement UV-MP, un filtre optique excluant ces longueurs d’onde inférieures à 240 nm a aussi été employé pour évaluer les effets de cette exclusion sur l’efficacité de la source de rayonnement MP.

Les résultats de cette étude montrent que l’exclusion du rayonnement UV aux longueurs d’onde inférieures à 240 nm a entraîné une baisse d’efficacité des lampes MP. En effet, pour une dose de 60 mJ/cm2, une inactivation de 4 log de l’adénovirus est obtenue en conservant l’intégralité du spectre de la lampe MP contre 2 log d’inactivation lorsque les longueurs d’onde inférieures à 240 nm sont exclues. Cela suggère qu’il faut environ 2 à 2,5 fois plus d’énergie lorsque les longueurs d’onde inférieures à 240 nm sont exclues pour obtenir une performance équivalente à celle obtenue avec l’intégralité du spectre de la source MP. Il semblerait donc que les longueurs d’onde inférieures à 240 nm permettent une optimisation de l’inactivation de l’adénovirus. Ainsi, le rayonnement émis par des UV-BP à 254 nm est considéré comme provoquant essentiellement des dégradations au niveau du génome alors que le rayonnement polychromatique des UV-MP pourrait provoquer des dégradations supplémentaires affectant la stabilité structurelle de la coque du virus. Ces dommages structurels affecteraient la capacité infectieuse en inhibant l’aptitude du virus à réparer son génome endommagé et entraînant ainsi une cinétique d’inactivation plus rapide.

Pour les deux autres virus, coxsachievirus et norovirus murin, une dose d’environ 35 mJ/cm2 a permis une inactivation de 4 log que ce soit pour le spectre complet ou pour le spectre où les longueurs d’onde inférieures à 240 nm sont exclues.

Les cinétiques d’inactivation obtenues en appliquant l’intégralité du spectre de rayonnement de la source UV-MP font de cette technologie une barrière efficace pour contrôler les virus étudiés dans ce projet. Cette efficacité pourrait permettre de réduire les doses des désinfectants chimiques utilisés sur les usines de production d’eau potable (UPEP). Cependant, il serait souhaitable d’évaluer, dans des conditions de doses UV compatibles aux conditions de terrain, le niveau de formation des sous-produits de désinfection indésirables obtenus sous l’effet du rayonnement de haute énergie aux longueurs d’onde inférieures à 240 nm (augmentation de la demande en chlore, nitrites...).