Fiche Résumé 06-AEP-09

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 fonctionnent rarement en conditions stationnaires. En effet, en fonction de nombreux paramètres (qualité de la ressource, taux de chlore, intervention technique, variation de la demande journalière…), l'état de pseudo-équilibre du réseau se trouve constamment rompu par des discontinuités hydrauliques, biologiques ou physico-chimiques. 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’étude de l’influence du régime hydraulique sur l’évolution du biofilm en réseau d’eau potable, réalisée dans le but de mieux contrôler sa prolifération et son arrachage, passe par la compréhension des phénomènes dans des conditions hydrodynamiques stables et connues puis dans des conditions de discontinuités hydrauliques. La formation de biofilm, étudiée en chambre d’écoulement à différents gradients de vitesse, se produit en cinq phases :
- Latence : cette phase, observée lors des 100 premières heures environ, a une durée qui dépend entre autre du gradient de vitesse et de l’état de surface de la canalisation.
- Dépôt initial : la population bactérienne fixée augmente les 300 à 400 heures suivantes, d’autant plus rapidement que le gradient de vitesse appliqué est élevé ; la taille des bactéries diminue dans le temps et leur structure s’allonge.
- Stabilisation : lorsque la population bactérienne atteint un seuil (7.106 bactéries/cm2 dans le cas étudié), le biofilm entre dans une phase de plateau en terme de nombre de microorganismes déposés ; sa structure constitué essentiellement de bactéries isolées évolue vres la formation d’agrégats.
- Prédation : la population fixée diminue fortement (47 à 77 %, prédation par les amibes touchant de préférence les bactéries de petite taille) jusqu’à atteindre un nouvel équilibre après environ 800 h quel que soit le gradient de vitesse appliqué.
- Structuration : 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 et l’orientation de certains de ses éléments constitutifs. Ces éléments sont peu sensibles à l’orientation lorsqu’ils sont de petite taille (longueur inférieure à 1,16 µm) et plus sensibles quand ils deviennent, avec le temps, plus grand avec une forme plus allongée (longueur supérieure à 6,64 µm). L’augmentation du gradient de vitesse favorise l’alignement dans le sens de l’écoulement. Cet alignement est stabilisé au delà du 30è jour.

Après deux mois d’alimentation à 1 m/s ayant permis d’obtenir un biofilm à l’état de pseudo-équilibre (3,95 x 106 bactéries/cm2) sur le pilote boucle du NanCIE, deux discontinuités hydrauliques ont été testées en parallèle : augmentation de la vitesse d’écoulement de 1 à 1,5 m/s et diminution de 1 à 0,5 m/s. Dans le premier cas, la densité bactérienne est légèrement supérieure au pseudo-équilibre (5,09 x 106 bactéries/cm2). Dans le second cas, une plus forte augmentation est observée (1,06 x 107 bactéries/cm2) lors des premières 48 h, suivie d’un retour vers une valeur proche du pseudo-équilibre.

Influence de chlorations discontinues
L’influence de chorations discontinues sur le biofilm en réseau d’eau potable est étudiée selon des séquences “faible/forte/faible” et “forte/faible/forte” oscillant entre 0,1 mg/l et 0,4 mg/l, les travaux publiés jusqu’alors ne décrivant que des discontinuités de type “tout ou rien”. Les bactéries sont détectées par la méthode FISH (sonde EUB338) et appelées par conséquent eubactéries. Les eubactéries représentent 22 à 38 % des bactéries totales du biofilm (la détection des bactéries par la méthode FISH dépend de leur état physiologique) et sont représentées, pour un réseau chloré à 0,1 mg/l, à environ 40 % par des protéobactéries. Les protéobactéries se subdivisent en trois groupes principaux : alpha, béta et gamma. Le groupe des alpha est le plus représenté (environ 40 %), les béta et gamma étant toujours minoritaires (respectivement 1 % et 0,1 %). Le groupe des gamma est celui qui comprend les pathogènes.

Les essais, réalisés sur le pilote du NanCIE, montrent que l’application de chlorations discontinues modifie la proportion des communautés bactériennes du biofilm, de façon plus ou moins réversible selon les sous-populations concernées, mais sans pour autant inverser les dominances :
- La sous-population des alpha-protéobactéries diminue quand le taux de chlore résiduel augmente et inversement.
- La sous-population des béta-protéobactéries augmente quand le taux de chlore résiduel augmente et semblent se maintenir à cette nouvelle valeur quand celui-ci diminue.
- La sous-population des gamma-protéobactéries augmente quand le taux de chlore augmente et inversement.

Ces résultats laissent supposer que les alpha-protéobactéries sont moins résistantes au chlore que les deux autres groupes et qu’une succession de discontinuités oscillant entre 0,1 et 0,4 mg/l de chlore favorise l’installation d’une population plus résistante mais toujours minoritaire telles que les béta-protéobactéries. Par ailleurs, lorsque la dose de chlore est plus forte (1 mg/l) et appliquée en continue, les gamma augmentent dans le temps, les alpha et béta diminuant.