Fiche Résumé 05-AEP-15

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. L’objectif ultime est d’élaborer un modèle de croissance du biofilm avec identification des paramètres pertinents. Une telle étude passe d’abord par la compréhension de l’évolution du biofilm dans les conditions hydrodynamiques stables et connues.

Cette phase VII-3 du programme de recherche apporte un certains nombres d’informations intéressantes obtenues lors de l’observation du biofilm en chambre d’écoulement (un des quatre réacteurs étudiés) :
- la phase initiale de développement du biofilm (de l’ordre de quelques dizaines de jours) est fortement dépendante des conditions hydrodynamiques sous lesquelles il se développe ; plus la contrainte excercée par l’écoulement est importante, moins le biofilm est développé ;
- le développement du biofilm est également dépendant du matériau sur lequel il se développe ; le biofilm développé sur plexiglas est plus épais et couvre plus de surface que celui dévepoppé sur verre ;
- il faut plusieurs jours pour voir apparaître les premiers agrégats bactériens du biofilm ;
- sous forte contrainte, les bactéries sont attachées à la surface par des structures filamenteuses et opposent une grande résistance à l’arrachage ; dans ces conditions, la partie amont des agrégats résiste mieux à l’arrachage que la partie aval qui de ce fait présente un nombre important de cellules isolées ;
- les différents essais d’arrachage effectués tendent à montrer un classement dans l’efficacité des techniques utilisées : augmentation forte du débit et de la pression < inversion de l’écoulement couplée à une augmentation de débit < passage de bulles d’air < passage de bulles d’air en sens inverse de l’écoulement.

En complément, l’observation par microscopie confocale de biofilm formé sur les coupons PVC d’un réacteur de Couette-Poiseuille montre :
- une répartition inhomogène du biofilm sur la surface du matériau : quelques agrégats de grande taille (quelques dizaines de micromètres) sont entourés d’agrégats de petite taille (une diziane de micromètres) ; à l’écart de ces structures, le biofilm est moins dense ;
- une répartition des cellules isolées (ne formant pas d’agrégat) sur l’ensemble de la surface du matériau ;

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-3 du programme de recherche présente l’effet de la discontinuité chlore “faible-forte-faible” sur la distribution des populations bactériennes alpha, béta et gamma-protéobactries dans l’eau et le biofilm. Ces trois groupes ont été choisis pour l’étude car ils sont décrits comme étant majoritaires dans l’eau potable, les gamma-protéobactéries représentant un groupe très hétérogène qui comprend une quarantaine de genre de bactéries dont les pathogènes. Les essais ont été réalisés sur le pilote de réseau du NANC.I.E qui a été alimenté par l’eau potable de Nancy avec sa flore autochtone. Les résultats montrent que :
- quelle que soit la concentration en chlore libre résiduel, la population d’eubactéries dans l’eau et le biofilm du réseau est représentée par les protéobactéries dans une proportion variant selon les essais de 39 à 51 % ; les eubactéries détectée par la méthode FISH représentent quant à elles entre 15 et 20 % de la population bactérienne totale de l’eau (la détection des bactéries par la méthode FISH dépend de leur état physiologique) ; parmi les protéobactéries, les alpha sont les plus abondantes et les béta et gamma sont minoritaires ;
- l’augmentation puis la diminution de la dose de chlore modifie la répartition des alpha, béta et gamma-protéobactéries sans pour autant modifier les dominances : moins d’alpha et plus de béta et gamma lors du passage de 0,1 à 0,4 mg/l en chlore libre résiduel ;
- lors du vieillissement de l’eau en réseau et quelle que soit la dose de chlore appliquée, les gamma-protéobactéries augmentent. Ce résultat devra être confirmé et expliqué lors des prochains essais.